(57)【要約】  無人航空機システムは、二重ポール（５１３）及び捕捉ライン機構（５１４）を使用して、信頼できる経済的な様式で、航空機を回収することができる自動回収システム（５００）を含む。
2019529250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の飛行を停止させるためのシステムであって、
基部表面の上側に支持され、かつ空間によって分離された２つのライン支持機構と、
前記２つのライン支持機構の間に懸架された捕捉ラインと、
前記２つのライン支持機構を移動させて、前記捕捉ラインを捕捉窓を通して進行させるように構成されたアクチュエータシステムと、
前記捕捉ラインを前記２つのライン支持機構から伸長又は収縮させるように構成された巻き取りシステムと、
回収制御システムであって、
条件を検出したことに応じて、前記アクチュエータシステムを作動させて、前記２つのライン支持機構を移動させ、それによって前記捕捉ラインを前記捕捉窓を通して移動させ、かつ前記航空機上の係合部材を前記捕捉ラインに係合させ、
前記捕捉ライン上の力を測定し、
前記巻き取りシステムに前記捕捉ラインを伸長させて、前記捕捉ライン上の前記測定された力を閾値未満に維持するように構成された、回収制御システムと、を備える、システム。
【請求項２】
前記２つのライン支持機構の第１のライン支持機構が、支持構造体に回転可能に連結された第１のポールを含み、
前記２つのライン支持機構の第２のライン支持機構が、前記支持構造体に回転可能に連結された第２のポールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記アクチュエータシステムが、前記第１及び前記第２のライン支持機構を前記支持構造体に対して回転させるように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記回収制御システムが、
予測される航空機軌道を決定し、かつ
前記予測される航空機軌道に基づいて、運動開始時間を決定し、
前記回収制御システムが、前記運動開始時間に到達したときに、前記条件を検出するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記条件が、リモートソースからの運動開始コマンドの受信である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記リモートソースが、前記航空機である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記アクチュエータシステムを作動させて、前記２つのライン支持機構を移動させる動作が、前記捕捉ラインを前記捕捉窓を通して上方に移動させ、
前記回収制御システムが、前記アクチュエータシステムを作動させて、前記２つのライン支持機構を異なる方向に移動させ、それによって、前記捕捉ラインが前記航空機の前記係合部材に係合した後に、前記捕捉ラインを下方に移動させるように、更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記回収制御システムが、前記巻き取りシステムに前記捕捉ラインを伸長させた後に、前記巻き取りシステムに前記捕捉ラインを収縮させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記巻き取りシステムに前記捕捉ラインを収縮させることが、前記航空機が前記捕捉ラインによって停止された後に、前記航空機が前記基部表面に衝突するのを防止する繰り出し長さまで、前記巻き取りシステムに前記捕捉ラインを収縮させることを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
航空機の飛行を停止するためのシステムであって、
基部表面の上方に伸長し、かつ空間によって互いに離間して設置された少なくとも２つの支持部材を有する支持構造体と、
前記少なくとも２つの支持部材の第１の支持部材に取り付けられ、かつ前記第１の支持部材に対して移動可能な第１のライン支持機構と、
前記少なくとも２つの支持部材の第２の支持部材に取り付けられ、かつ前記第２の支持部材に対して移動可能な第２のライン支持機構と、
前記第１及び第２のライン支持機構の間で伸長する捕捉ラインと、
前記第１及び第２のライン支持機構を実質的に同調して移動させ、それによって前記捕捉ラインを捕捉窓を通して移動させるように構成された、アクチュエータシステムと、を備える、システム。
【請求項１１】
前記第１のライン支持機構が、前記第１の支持部材に対して回転可能である第１のポールであり、
前記第２のライン支持機構が、前記第２の支持部材に対して回転可能である第２のポールである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１のポールが、前記第１のポールの長さに沿って伸長するチャネルを画定する管状構造体であり、
前記捕捉ラインの一部が、前記チャネルを通って伸長する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２のポールが、前記第２のポールの長さに沿って伸長する追加のチャネルを画定する追加の管状構造体であり、
前記捕捉ラインの追加の部分が、前記追加のチャネルを通って伸長する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アクチュエータシステムが、
前記第１のライン支持機構を移動させるように構成された第１のモータと、
前記第２のライン支持機構を移動させるように構成された第２のモータと、を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１及び第２のモータが、前記第１及び第２のライン支持機構を回転させるように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１及び第２のモータが、前記第１及び第２のライン支持機構を直線経路に沿って移動させるように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
航空機の飛行を停止するための方法であって、
移動可能な捕捉ラインを含む航空機回収機構を制御するように構成された回収制御システムであって、
前記航空機回収機構のアクチュエータシステムを作動させて、捕捉ラインを捕捉窓を通して上方に移動させ、それによって前記航空機上の係合部材を前記捕捉ラインに係合させ、
前記航空機上の前記係合部材を係合させた後に、前記捕捉ライン上の力を測定し、かつ
巻き取りシステムに前記捕捉ラインを伸長させて、前記捕捉ライン上の前記測定された力を閾値未満に維持する、回収制御システム、を備える、方法。
【請求項１８】
予測される航空機軌道を決定することと、
前記予測される航空機軌道に基づいて、運動開始時間を決定することと、
前記運動開始時間に到達したと決定することと、を更に含み、
前記回収制御システムが、前記運動開始時間に到達したと決定することに応じて、前記アクチュエータシステムを作動させて、前記捕捉ラインを前記捕捉窓を通して上方に移動させる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記予測される航空機軌道が、地上設置型センサを使用して決定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記予測される航空機軌道が、航空機設置型センサを使用して決定される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本特許協力条約特許出願は、２０１６年９月２１日に出願され、「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｉｒｃｒａｆｔ」と題される米国仮特許出願第６２／３９７，８６４号の優先権を主張し、その内容は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、信頼性の高い、大容量操作のために設計された無人航空機システム（Unmanned Aircraft System、ＵＡＳ）に関する。ＵＡＳは、無人航空機のための自動回収システムを含む。
【背景技術】
【０００３】
自律航空機は、ここ数年で人気を集めている。無人航空機（ＵＡＶ）は、珍しいものから一般的な光景に変わっている。ＵＡＶは、愛好家やレクリエーションのチラシだけでなく、政府や企業によっても、監視、地図作成、及び最近では空中投下などの目的で使用されている。
【０００４】
ＵＡＳを使用して大容量操作を経済的に実施するためには、ＵＡＶ及び地上設備を、航空機の試験、発射、及び回収が容易になるように設計する必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書で論じられる実施形態は、ＵＡＶを使用して信頼性の高い大容量操作を実行するための方法及びシステムに関する。
【０００６】
航空機の飛行を停止させるためのシステムは、基部表面（例えば、地面）の上側に支持され、かつ空間によって分離された２つのライン支持機構と、２つのライン支持機構の間に懸架された捕捉ラインと、２つのライン支持機構を移動させて、捕捉ラインを捕捉窓を通して進行させるように構成されたアクチュエータシステムと、捕捉ラインを２つのライン支持機構から伸長又は収縮させるように構成された巻き取りシステムと、回収制御システムと、を含み得る。回収制御システムは、条件を検出したことに応じて、アクチュエータシステムを作動させて、２つのライン支持機構を移動させ、それによって捕捉ラインを捕捉窓を通して移動させ、かつ航空機上の係合部材を捕捉ラインに係合させるように構成され得る。回収制御システムは、捕捉ライン上の力を測定し、巻き取りシステムに捕捉ラインを伸長させて、捕捉ライン上の測定された力を閾値未満に維持するように更に構成され得る。条件は、リモートソースからの運動開始コマンドの受信であり得る。リモートソースは、航空機であり得る。
【０００７】
２つのライン支持機構の第１のライン支持機構は、支持構造体に回転可能に連結された第１のポールを含み得、２つのライン支持機構の第２のライン支持機構が、支持構造体に回転可能に連結された第２のポールを含み得る。アクチュエータシステムは、第１及び第２のライン支持機構を支持構造体に対して回転させるように構成され得る。
【０００８】
回収制御システムは、予測される航空機軌道を決定し、予測される航空機軌道に基づいて、運動開始時間を決定するように更に構成され得る。回収制御システムは、運動開始時間に到達したときに条件を検出するように構成され得る。
【０００９】
アクチュエータシステムを作動させて、２つのライン支持機構を移動させる動作は、捕捉ラインを捕捉窓を通して上方に移動させ得、回収制御システムは、アクチュエータシステムを作動させて、２つのライン支持機構を異なる方向に移動させ、それによって捕捉ラインが航空機上の係合部材と係合した後に、捕捉ラインを下方に移動させるように更に構成され得る。
【００１０】
回収制御システムは、巻き取りシステムに捕捉ラインを伸長させた後に、巻き取りシステムに捕捉ラインを収縮させるように、更に構成され得る。巻き取りシステムに捕捉ラインを収縮させることは、航空機が捕捉ラインによって停止された後に、航空機が基部表面に衝突するのを防止する、繰り出し長さまで巻き取りシステムに捕捉ラインを収縮させることを含み得る。
【００１１】
航空機の飛行を停止するためのシステムは、基部表面の上方に伸長し、かつ空間によって互いに離間して設置された少なくとも２つの支持部材を有する支持構造体と、少なくとも２つの支持部材の第１の支持部材に取り付けられ、かつ第１の支持部材に対して移動可能な第１のライン支持機構と、少なくとも２つの支持部材の第２の支持部材に取り付けられ、かつ第２の支持部材に対して移動可能な第２のライン支持機構と、第１及び第２のライン支持機構の間に伸長する捕捉ラインと、第１及び第２のライン支持機構を実質的に同調して移動させ、それによって捕捉ラインを捕捉窓を通して移動させるように構成された、アクチュエータシステムと、を含み得る。
【００１２】
第１のライン支持機構は、第１の支持部材に対して回転可能な第１のポールであり得、第２のライン支持機構は、第２の支持部材に対して回転可能な第２のポールであり得る。第１のポールは、第１のポールの長さに沿って伸長するチャネルを画定する管状構造体であり得、捕捉ラインの一部は、チャネルを通って伸長し得る。第２のポールは、第２のポールの長さに沿って伸長する追加のチャネルを画定する追加の管状構造であり得、捕捉ラインの追加の部分は、追加のチャネルを通って伸長し得る。
【００１３】
アクチュエータシステムは、第１のライン支持機構を移動させるように構成された第１のモータと、第２のライン支持機構を移動させるように構成された第２のモータと、を更に含み得る。第１及び第２のモータは、第１及び第２のライン支持機構を回転させるように構成され得る。第１及び第２のモータは、直線経路に沿って第１及び第２のライン支持機構を移動させるように構成され得る。
【００１４】
航空機の飛行を停止するための方法は、移動可能な捕捉ラインを含む航空機回収機構を制御するように構成された回収制御システムにおいて、航空機回収機構のアクチュエータシステムを作動させて、捕捉ラインを捕捉窓を通して上方に移動させ、それによって航空機上の係合部材を捕捉ラインに係合させ、航空機上の係合部材を係合させた後に、捕捉ライン上の力を測定することと、巻き取りシステムに捕捉ラインを伸長させて、捕捉ライン上の測定された力を閾値未満に維持することと、を含み得る。
【００１５】
本方法は、予測される航空機軌道を決定することと、予測される航空機軌道に基づいて、運動開始時間を決定することと、運動開始時間に到達したと決定することと、を更に含み得る。回収制御システムは、運動開始時間に到達したと決定したことに応じて、アクチュエータシステムを作動させ、捕捉ラインを捕捉窓を通して上方に移動させ得る。
【００１６】
予測される航空機軌道は、地上設置型センサを使用して決定され得る。予測される航空機軌道は、航空機設置型センサを使用して決定され得る。
【００１７】
図面は、類似の要素を識別するために類似の参照番号を使用する。「１００ａ」などの参照番号の後の文字は、テキストがその特定の参照番号を有する要素を具体的に指すことを示す。本文中の「１００」などの、後続の文字のない参照番号は、その参照番号を有する図中の要素のいずれか又は全てを指す（例えば、本文中の「１００」は、図中の参照番号「１００ａ」及び／又は「１００ｂ」を指す）。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】例示的な一実施形態例による、ＵＡＳの構成要素及びそれとインターフェース接合し得るエンティティを示す図式である。
【図１Ｂ】例示的な一実施形態による、ＵＡＶ発射プロセスを示す図式である。
【図２Ａ】一実施形態による、例示的なＵＡＶの設計の上面斜視図を示す図式である。
【図２Ｂ】一実施形態による、例示的なＵＡＶの設計の底面斜視図を示す図式である。
【図２Ｃ】一実施形態による、尾部フック伸長ブームを有する例示的なＵＡＶの設計の底面斜視図を示す図式である。
【図２Ｄ】例示的な一実施形態による、ＵＡＶの構成要素を示すシステム図である。
【図３】例示的な一実施形態による、配送センタの構成要素を示す図式である。
【図４】例示的な一実施形態による、グローバルサービスの構成要素を示す図式である。
【図５Ａ】例示的な一実施形態による、自動回収システムの構成要素を示す図式である。
【図５Ｂ】例示的な一実施形態による、１つの捕捉ポールのより詳細な図を示す図式である。
【図５Ｃ】例示的な一実施形態による、捕捉ライン巻き取りを有する捕捉ラインの一部のより詳細な図を示す図式である。
【図５Ｄ】例示的な一実施形態による、ラインチャネルを示す、１つの捕捉ポールのより詳細な図を示す図式である。
【図５Ｅ】例示的な一実施形態による、航空機を回収する自動回収システムを示す図式である。
【図５Ｆ】例示的な一実施形態による、航空機を回収する自動回収システムを示す一連の画像を示す図式である。
【図５Ｇ】例示的な一実施形態による、着陸パッドのより詳細な図を示す図式である。
【図５Ｈ】自動回収システムの代替的な実施形態を示す図式である。
【図６Ａ】例示的な一実施形態による、自動回収システムを使用して航空機を回収する方法を示す図式である。
【図６Ｂ】例示的な一実施形態による、代替的な回収方法と共に使用される捕捉ラインの運動経路を示す図式である。
【図６Ｃ】例示的な一実施形態による、自動回収システムを使用して航空機を回収する代替的な方法を示す図式である。
【図７】着陸パッドを有しない１つの代替実施形態による、航空機を回収する自動回収システムを示す一連の画像を示す図式である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示を様々な実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は例示的なものであり、本開示の範囲はそれらに限定されないことが理解されよう。多くの変形、修正、追加、及び改良が可能である。モジュール及び手順は、様々な実施形態において異なる方法で分離又は組み合わせられてもよく、あるいは異なる用語で説明されてもよい。これら及び他の変形形態、修正形態、追加形態、及び改良形態は、添付の特許請求の範囲で定義されるような本開示の範囲内にあり得る。
【００２０】
本文書では、通常の荷物投下などの大容量操作のために設計されたＵＡＳについて説明する。システムは、地上オペレータから実質的に独立して動作するように設計されたＵＡＶ、試験及び較正システム、ＵＡＶ発射装置、自動回収システム、並びに空中投下されるように設計されているパラシュートを取り付けたパッケージを含む。システムはまた、ソフトウェアコンポーネント、ＵＡＶ上で実行されるもの、ローカルで実行されているコンピュータサーバ上で実行されるもの、及びリモートクラウドサーバ上で実行されるものを含む。
【００２１】
本明細書に記載のＵＡＳは、荷物投下、データ捕捉、地図作成、監視、及びインフラストラクチャプロビジョニングを含むがこれらに限定されない、様々なターゲット機能を実行するためのプラットフォームを提供する。本明細書ではＵＡＳシステムの特定の実施形態が説明されているが、いくつかの実施形態は、あらゆる目的の機能に一般的に関連しないシステム及び方法を含み得る。当業者は、目的の機能に関する列挙されたシステム又は方法の関連性を容易に認識するであろう。
無人航空機システム（ＵＡＳ）
【００２２】
本明細書に開示されるＵＡＳは、安全で、信頼性の高い、大容量操作のために設計された無人航空機システムの例示的な実装である。この実施形態では、航空機は固定翼ＵＡＶであるが、ＵＡＳは、クワッドヘリコプター、軽飛行機（飛行船など）、グライダー、チルトローター航空機などの他の航空機設計と併せて使用されてもよい。更に、本明細書で使用される場合、用語「自律」は、ユーザの介入及び／又は制御なしに車両によって実施される無人車両の動作、並びに人間の介入なしに動作するように設計されている車両を説明すること、及び／又は任務の全部又は一部を制御することを指し得る。したがって、たとえ人間のオペレータが車両の自律制御を無効にすることを選択しても、車両及び／又はシステムは自律的であると説明され得る。
【００２３】
図１Ａは、ＵＡＳ及びインターフェースエンティティの一実施形態を示す。この実施形態では、ＵＡＳ１００は、サービス要求者１０４からサービス要求を受け取り、その要求を満たすためにＵＡＶ１０２を展開する。ＵＡＶ１０２が、そのオンボード自動化が理解又は処理することができない状況に遭遇した（又は人間のオペレータが人間の介入が当然であるという状況に気付いた）場合、ＵＡＳ１００は、ＵＡＶ１０２にコマンドを発行できる遠隔車両オペレータ１０８を選択することによって、人間による介入を提供することができる。この実施形態では、ＵＡＳ１００は、配送センタ１０１、ＵＡＶ１０２、及びグローバルサービス１０３を備える。
【００２４】
サービス要求者１０４は、ＵＡＳ１００にサービス要求を発行する人間のユーザ又は自律システムである。サービス要求者１０４が人間のユーザである場合、そのユーザは、携帯電話、タブレット、又はパーソナルコンピュータなどのリモートクライアントデバイスを使用して要求を発行してもよい。サービス要求は、宛先地１０５で何らかのサービスを提供することをＵＡＳ１００に指示することである。宛先地１０５は、空地の一部分、建物、郵送先住所、全地球測位システム（Global Positioning System、ＧＰＳ）座標、又は空域の一部など、任意の指定された位置であり得る。いくつかの実施形態では、宛先地１０５はビーコンデバイスの位置である。ビーコンデバイスは、例えば、トランスポンダ、携帯電話など、位置を追跡又は識別するために使用することができる信号を発する任意のデバイスであり得る。宛先地１０５はまた、特定の物体、例えば、指定車両、メールボックス、配達パッド、又はサービスのための目標位置を示すために追跡することができる他の何らかの対象物を識別することによって指定されてもよい。別の実施形態では、宛先地１０５は、サービス要求者１０４の位置であるが、必ずしもそうである必要はない。この実施形態では１つのサービス要求者１０４及び１つの宛先地１０５が示されているが、実際には、多数のサービス要求者１０４及び宛先サイト１０５があり得る。
【００２５】
要求されたサービスは、空中プラットフォームから提供され得る任意のサービスであり得る。例えば、一実施形態では、サービス要求者１０４によって発行されたサービス要求は、特定の積載物を含む荷物を宛先地１０５に配送するための要求である。別の実施形態では、サービス要求は、宛先地１０５で、又は宛先地１０５への及びそこからの経路に沿って、ＵＡＶ１０２に搭載されたカメラを使用して、画像データを捕捉する要求である。更に別の実施形態では、サービス要求は、ＵＡＶ１０２に搭載されたＷｉ−Ｆｉゲートウェイを使用して、宛先地１０５にインターネットアクセスポイントを提供する要求である。荷物の受け取り、監視、地図作成、ＵＡＶ搭載機器を使用したデータ捕捉など、他の多くのサービスが、宛先地１０５でＵＡＳ１００を使用して提供され得る。
【００２６】
ＵＡＶ１０２は、無人航空機である。ＵＡＶ１０２は、様々なシステム及び機体を使用して実装され得る。グライダー、飛行機、気球、ヘリコプターなどを含むほとんど全ての実用的な飛行プラットフォームが、ＵＡＶ１０２のための輸送機ベースとして使用され得る。一実施形態では、ＵＡＶ１０２は、長距離飛行のために最適化されている冗長推進システムを有する固定翼航空機を使用して実施される。別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、短距離飛行及び垂直離着陸のために最適化されているクワッドローター航空機を使用して実施される。更に別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、長距離飛行と垂直離着陸の両方が可能な傾斜ローターを備えたハイブリッド固定翼航空機を使用して実施される。別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、水平推力を提供するように構成された水平に配向されたモータと、垂直推力を提供するように構成された別々の固定された垂直に配向されたモータとを、有する固定翼航空機を使用して実施される。ＵＡＶ１０２はまた、気球、小型飛行船、又は他の飛行機などの軽航空機プラットフォームを使用して、実施されてもよい。ＵＡＳ１００内のＵＡＶ１０２の目的の１つは、人間による関与を最小限に抑えて、要求に応じて迅速に展開することができる柔軟なプラットフォームとして機能することである。
【００２７】
ＵＡＶ１０２は、ほとんどのシナリオにおいて人間の手を借りずに動作するように設計されている自律型輸送機であるが、時折、人間による制御部又はパイロットの介入を必要とすることがある。例えば、グローバルシステムオペレータ１０６又は配送センタオペレータ１０７は、悪天候、配送の取消しなどの何らかの外部的問題に起因して、任務中にＵＡＶ１０２に呼び戻しコマンドを発行してもよい。ＵＡＶ１０２は、その使命にある間、積極的に人的支援を要請することがある。例えば、ＵＡＶ１０２は、そのビジョン及び／又はナビゲーションアルゴリズムが高度の信頼性で経路を作り出すことができない環境に遭遇することがある。かかるシナリオでは、ＵＡＶ１０２は、グローバルサービス１０３に支援を求める要求を送るであろう。グローバルサービス１０３は、状況を処理するために遠隔輸送機オペレータ１０８を選択し、そのオペレータは、ＵＡＶ１０２がその環境をナビゲートするのを支援するために１つ以上のコマンドをＵＡＶ１０２に送信することができる。
【００２８】
ＵＡＶ１０２は、サービス要求者１０４から受信したサービス要求の性質に応じて、任意の適切な積載物を搬送してもよい。ＵＡＶ１０２の構成要素は、図２Ａ〜図２Ｄの説明においてより詳細に説明される。図１Ａには単一のＵＡＶ１０２が示されているが、ＵＡＳ１００内に２つ以上のＵＡＶ１０２があり得る。
【００２９】
配送センタ１０１は、ＵＡＶ１０２の発射、再充電、通信、修理、及び積載物物流を促進する固定されるか又は移動する施設である。配送センタ１０１は、図３の説明において更に詳細に説明される。図１Ａには単一の配送センタ１０１が示されているが、ＵＡＳ１００内には２つ以上の配送センタ１０１があってもよい。一実施形態では、ＵＡＳ１００内の各ＵＡＶ１０２は単一の配送センタ１０１にあり、その配送センタ１０１で修理、再積載、及び再充電される。別の実施形態では、各ＵＡＶ１０２は、ＵＡＳ１００内の任意の配送センタ１０１で修理、再積載、及び再充電することができ、ＵＡＶ１０２は、現在のサービス要求の物流要件及び将来のサービス要求のための予測される要件に基づいて、配送センタ１０１間でルーティングされてもよい。各配送センタ１０１は、ＵＡＶ１０２の自動化された、信頼性の高い、大容量の発射及び回収が可能な発射装置システム及び自動回収システムを有し得る。各配送センタ１０１はまた、発射前及び／又は回収後に、ＵＡＶ１０２を試験及び較正するための機器を含み得る。
【００３０】
グローバルサービス１０３は、インターネットを介してアクセス可能なソフトウェアサービス（すなわちコンピュータソフトウェアプログラム）を実行する、１つ以上のコンピュータサーバシステムから構成されてもよく、これらはオフサイトサポート、管理、航空管制、通信、データストレージ、及び物流機能を、配送センタ１０１及びＵＡＶ１０２に提供する。一実施形態では、グローバルサービス１０３は、サービス要求者１０４からのサービス要求を、宛先地１０５に地理的に隣接している（又は相対的に地理的に近接している）配送センタ１０１にルーティングする。
【００３１】
グローバルサービス１０３はまた、その任務にある間に、ＵＡＶ１０２から支援の要求も受信し得る。かかる要求に基づいて、グローバルサービス１０３は、オペレータのプールから遠隔車両オペレータ１０８を選択し、ＵＡＶ１０２の環境に関するデータを遠隔輸送機オペレータ１０８に提供する。この提供されたデータに基づいて、遠隔輸送機オペレータ１０８は、ＵＡＶ１０２がその機内インテリジェンスが処理できないあらゆる問題を克服するのを支援するために、１つ以上のコマンドをＵＡＶ１０２に提供することができる。グローバルサービス１０３は、図４の説明においてより詳細に説明される。
【００３２】
グローバルシステムオペレータ１０６は、システムの正確かつ効率的な機能を保証するために、ＵＡＳ１００を監視及び操作する人間のユーザであり得る。例えば、いくつかの実施形態では、グローバルシステムオペレータ１０６は、グローバルサービス１０３のコンピュータサーバを通してＵＡＳ１００を監視して、配送センタ１０１が、サービス要求者１０４からのサービス要求を満たすために、適切な積載物を在庫に有することを保証し得る。例示的な一実施形態では、グローバルシステムオペレータ１０６は、グローバルサービス１０３を使用して、積載物ストックが使い果たされることを見越して、特定の積載物の新しいストックを配送センタ１０１にルーティングすることができる。
【００３３】
複数のグローバルシステムオペレータ１０６が存在してもよく、グローバルシステムオペレータ１０６は、複数の配送センタ１０１、ＵＡＶ１０２、及びサービス要求者１０４のためにサービスを監視及び提供してもよい。
【００３４】
配送センタオペレータ１０７は、配送センタ１０１を監視及び操作する人間のユーザである。配送センタオペレータ１０７は、物流センタ１０１に対してローカルなＵＡＳ１００構成要素が正しく機能することを保証し得る。これは、配送センタ１０１にあるＵＡＶ１０２、並びに発射装置、回収システム、試験及び較正システム、充電器、積載物などの他の構成要素を含む。配送センタ１０１は、配送センタオペレータ１０７の作業を促進するためのシステム及び方法を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、配送センタ１０１を操作する配送センタオペレータ１０７には、その配送センタ１０１で各タイプの積載物の在庫を決定することを可能にし、配送センタオペレータ１０７があらゆるタイプの不足している積載物をより多く注文することを可能にする、オペレータインターフェースが提供される。配送センタオペレータ１０７はまた、オペレータインターフェースを使用して、その配送センタ１０１に位置している発射装置システム、自動回収システム、及び試験／較正システムを操作してもよい。配送センタオペレータ１０７の作業を促進する配送センタシステム及び方法は、図３の説明においてより詳細に説明される。
【００３５】
遠隔車両オペレータ１０８は、グローバルサービス１０３からＵＡＶ１０２に関する情報を受信し、ＵＡＶ１０２にコマンドを発行して、その任務を完了するのを支援し得る、人間のユーザである。本システムの一実施形態では、システム内の任意のＵＡＶ１０２に支援を提供することができる利用可能な遠隔輸送機オペレータ１０８のプールがある。グローバルサービス１０３は、ＵＡＶ１０２から支援のための要求を受信すると、利用可能な遠隔輸送機オペレータ１０８の中から選択し、その要求をそのオペレータにルーティングする。遠隔輸送機オペレータ１０８は、ＵＡＶ１０２の状況に関する情報を検討し、１つ以上のコマンドをＵＡＶ１０２に送信する。これらのコマンドに基づいて、ＵＡＶ１０２は、その任務を完了するのを支援する行動をとる。一実施形態では、グローバルシステムオペレータ１０６と遠隔輸送機オペレータ１０８の役割が併合される。
【００３６】
図１Ｂは、ＵＡＳ１００によって実装されるＵＡＶ発射プロセスの一実施形態を示す。初期ステップとして、ＵＡＳ１００のグローバルサービス１０３は、サービス要求者１０４からサービス要求を受信する（１５０）。サービス要求は、サービスが配送されるべき位置を指定する宛先地１０５を指定する。本明細書に記載されるように、サービス要求はまた、サービス要求者によって要求された積載物に対応する積載物情報を含み得る。次に、グローバルサービス１０３は、そこからサービス要求を満たすのに適した配送センタ１０１を選択する（１５１）。いくつかの実施形態では、グローバルサービス１０３は、宛先地１０５の位置に最も近い配送センタ１０１を決定することによって、そこからサービス要求を満たす配送センタ１０１を選択する（１５１）。別の実施形態では、グローバルサービス１０３は、配送センタ１０１の宛先地１０５への近接度と、サービス要求で指定された積載物の利用可能性を示す配送センタ１０１における在庫の両方を考慮することによって、サービス要求を満たすために、配送センタ１０１を選択する（１５１）。例えば、サービス要求が特定のタイプの品目を宛先地１０５に配送する要求である場合、グローバルサービス１０３は、宛先地１０５の近くにあり、在庫に要求された品目を有する物流センタから物流センタ１０１を選択するであろう。例えば地域的気象条件及び配送センタ１０１における航空交通などの、他の要因もまた、配送センタ１０１を選択するために使用され得る。
【００３７】
配送センタ１０１が選択されると（１５１）、サービス要求内の情報の少なくとも一部は、その配送センタ１０１に送信される（１５２）。宛先地の位置及び積載物情報に加えて、サービス要求は、サービス要求を満たすために配送センタ１０１において有用である、他の情報を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、サービス要求は、サービス要求が宛先地１０５においていつ満たされるべきかを指定する時間を更に含む。
【００３８】
配送センタ選択プロセス中又はその後に、要求を満たすための任務のために飛行するＵＡＶ１０２が選択され得る（１５３）。任務ために飛行するＵＡＶ１０２は、サービス要求及び／又はシステム効率に関連する１つ以上の基準に基づいて選択され得る（１５３）。例えば、一実施形態では、ＵＡＶ１０２は、そのバッテリの充電レベル及び宛先地１０５までの距離に基づいて選択される（１５３）。別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、その機体に設置されている計器、及びサービス要求で指定されているタイプのデータ捕捉に基づいて選択される（１５３）。更に別の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、その積載物内の荷物がサービス要求内で配送のために指定された荷物と一致することに基づいて選択される（１５３）。
【００３９】
代替的な実施形態では、ＵＡＳ１００は、所与の任務について事前構成されたＵＡＶから選択しない。代わりに、配送センタ１０１又はグローバルサービス１０３のいずれかが、サービス要求を完了するのに必要とされるコンポーネントのセットを決定し、配送センタ１０１は、必要なコンポーネントを含むＵＡＶを任務のために組み立てる。例えば、宛先地１０５が配送センタ１０１から一定の距離にある場合、任務のためのＵＡＶは、その宛先への往復飛行を完了するために、適切なバッテリパック及びエンジンで構成され得る。
【００４０】
ＵＡＶ１０２の選択１５３は、配送センタの選択１５１の後に行われてもよく、又は配送センタ１０１の選択１５１における要因として使用されてもよい。例えば、配送センタ１０１は、サービス要求によって要求される積載物の重量に基づいて、特定のタイプのＵＡＶ機体、ＵＡＶバッテリ、又はＵＡＶエンジンを有する配送センタのみから選択され得る（１５１）。
【００４１】
ＵＡＶ１０２が任務のために選択されると（１５３）、任務データがそれに対して生成される（１５４）。任務データは、ＵＡＶ１０２が宛先地１０５にナビゲートしてサービス要求を満たすことを可能にする情報である。いくつかの実施形態では、任務データは、宛先地１０５のＧＰＳ座標と、それらのＧＰＳ座標へのナビゲーションを容易にする飛行回廊情報と、を含む。飛行回廊情報は、図２Ｄ及び図３の説明においてより詳細に論じられる。任務データに関する更なる詳細は、図２Ｄ、図３、及び図４の説明において論じられる。任務データが生成された（１５４）後、それはＵＡＶ１０２上のデータベースにアップロードされる。
【００４２】
一旦任務データが生成かつアップロードされると（１５４）、ＵＡＶ１０２が発射される（１５５）。ＵＡＶ１０２が発射されてから再び着陸するまで、サービス要求を完了することが任務にあると考えられる。一実施形態では、ＵＡＶ１０２は、複数のサービス要求を満たすという任務をもって発射され得る。別の実施形態では、ＵＡＶ１０２が発射された（１５５）後に、任務データの少なくとも一部がアップロードされ、そしておそらく生成さえされる。
【００４３】
無人航空機（ＵＡＶ）
ＵＡＶ１０２は、人間の監督をほとんど又は全く伴わずに、サービス要求を満たすことを可能にするハードウェア及びソフトウェアモジュールを有する航空機システムである。一実施形態では、ＵＡＶ１０２は、自律的に飛行してサービス要求を完了することを可能にする、ハードウェア及びソフトウェアモジュールを含む機体からなる。図２Ａは、ＵＡＶ１０２の例示的実施形態の上方斜視図を示す。図示される実施形態は、翼２１１、尾部２１２、及び操縦翼面２１３を備える。操縦翼面２１３は、アクチュエータ（図には示されていない）に連結され、それによって運動させられる。一実施形態では、アクチュエータは、電気サーボモータである。他の実施形態では、アクチュエータは、空気圧式である。ＵＡＶ１０２はまた、推進用に使用される１つ以上のエンジンも有する。エンジンは、図２Ａに示された図には示されていないが、それらは翼２１１、航空機の機首、又は胴体に搭載されてもよい。エンジンの数と位置は、航空機の要件に基づいて変化し得る。エンジンは、ジェットエンジン、電力プロペラエンジン、ガソリン駆動プロペラエンジン、又は軽飛行機での使用に適した他の任意のタイプのエンジンであり得る。
【００４４】
示された実施形態では、ＵＡＶは、炭素繊維及びプラスチックで構成された固定翼であり、Ｖ尾部は二重ラダーベータを含む。代替の機体構成及び材料もまた、ＵＡＶ１０２に使用され得る。例えば、ＵＡＶ１０２は、クワッドコプター、従来の尾部を有する固定翼航空機、翼と垂直離陸ローターとの両方を有するハイブリッド航空機などであり得る。航空機に使用される材料は、炭素繊維、チタン、及びアルミニウム、合金、プラスチック、又は他の耐久性のある軽量の材料であり得る。
【００４５】
図２Ｂは、ＵＡＶ１０２の同じ実施形態の下方斜視図を示す。航空機のこの図は、較正基準２１４、積載物区画ドア２１５、及び尾部フック２１６を示す。較正基準２１４は、視覚に基づく試験及び較正システムが、操縦翼面２１３の位置及び移動を決定することを可能にする、幾何学的パターンである。較正基準並びに試験及び較正システムは、飛行前点検中に使用され、それらの操縦翼面のためのサーボが作動されたときに、ＵＡＶ１０２の操縦翼面２１３が期待通りに移動することを保証する。
【００４６】
積載物区画ドア２１５は、ＵＡＶ１０２内の内部積載物区画へのアクセスを可能にする。積載物区画は、配送のための荷物、監視任務のための器具、通信機器などを運ぶために使用され得る。ＵＡＶ１０２は、積載物区画ドア２１５は、宛先地１０５に荷物を空中投下するために、飛行中に開くことができる。内部積載物区画は、積載物区画から運搬される荷物を排出するために使用される機構を含み得る。積載物区画から荷物を排出するために使用される機構は、圧縮ばね、弾性バンド、サーボモータ、油圧機構、又は積載物を強制的に排除して、そのため配送中に航空機を確実に通過させることができる任意の他のデバイスであり得る。ＵＡＶ１０２から空中投下すように設計された荷物の一実施形態、及びＵＡＶ１０２による荷物の空中投下に関する更なる詳細は、図６に関連して説明される。
【００４７】
一実施形態では、ＵＡＶ１０２は、内部の積載物区画ではなく、航空機の機体に直接取り付けられたその積載物を外部に搬送する。外部に搬送される積載物の場合、航空機の胴体は、積載物のための取り付け点を有し、これは積載物を解放するために作動させられ得る。
【００４８】
尾部フック２１６は、ＵＡＶ１０２の尾部又は胴体に取り付けられた耐久性のあるフック状構造である。尾部フック２１６は、ＵＡＶ１０２の回収を補助する。図示される実施形態では、尾部フック２１６は、ＵＡＶ１０２の尾部２１２に直接取り付けられているが、代替の実施形態では、図２Ｃに示されるように、尾部フック２１６は、尾部２１２の端部を越えて伸長する伸長ブーム２１７の端部に取り付けられ得る。伸長ブームは、ＵＡＶ１０２の本体と尾部フック２１６との間の分離を可能にするために、尾部フック２１６を尾部２１２から離れるように枢動させることを可能にする、ブームヒンジ２１８に連結されてもよい。この分離は、ＵＡＶ１０２の安全な回収を補助することができる。自動モバイル捕捉ラインを使用してＵＡＶを回収するための１つの方法及びシステムは、図５Ａ〜図５Ｈ及び図６Ａ〜図６Ｂに関連して詳細に説明される。尾部フック２１６は、ＵＡＶ１０２の停止及び回収を補助し得る係合部材の一例である。他の例示的な係合部材は、チェーン、ケーブル、バー、ロッド、又はＵＡＶ１０２に連結され得るか又は別様に一体化され得る他の構成要素を含み得る。
【００４９】
図２Ｄは、一実施形態によるＵＡＶ１０２のシステムのブロック図である。図２Ｄに示されるＵＡＶ１０２の実施形態は、任務計画部２００、飛行制御部２０１、センサシステム２０２、通信システム２０３、アクチュエータ制御システム２０４、推進管理システム２０５、積載物管理システム２０６、及び安全システム２０７を含む。集合的に、これらのモジュールは一緒に、ＵＡＶ１０２のための航空機制御システム２１０を構成する。ＵＡＶ１０２の一実施形態では、複雑さを低減し、信頼性を向上させ、重量を低減し、かつ／又はコストを低減するために、上述のモジュールのうちの２つ以上を単一のハードウェアコンポーネントに組み合わせてもよい。例えば、例示的な一実施形態では、任務計画部２００及び飛行制御部２０１は、同じシステムオンチップ（System On Chip、ＳＯＣ）ハードウェア上で動作するソフトウェアモジュールを使用して実施することができる。
【００５０】
図示されていないが、ＵＡＶ１０２のモジュールは、少なくとも１つの通信バスを介して相互接続されている。バスは、モジュールが互いに通信して、情報及びコマンドを送受信することを可能にする。バスは、航空及び車両工学に精通している者に知られている方法のいずれかを使用して実施され得る。例えば、バスは、制御部エリアネットワーク（Controller Area Network、ＣＡＮ）規格を使用して実施され得る。システムの信頼性を向上させるために、実施形態は追加の冗長バスを使用してもよい。例えば、デュアルＣＡＮバスを実装して、バスの障害によってＵＡＶが制御を失うことを防止することができる。
【００５１】
任務計画部２００は、ＵＡＶ１０２の他のモジュールに高レベルの指示及び目標を提供するモジュールである。これらの指令及び目標の実行は、ＵＡＶ１０２にサービス要求を実行させる。任務計画部２００によって生成された目標及び指示は、ＵＡＶ１０２の他のモジュールに通信され、次にこれらのモジュールが、システムの他のモジュールに対する追加の指示及び目標の生成を含む、任務を完了するための他の行動をとり得る。
【００５２】
例えば、一実施形態では、任務計画部２００は、宛先地１０５に到達するために、ＵＡＶ１０２が通過し得る一セットの中間地点を決定し、第１の中間地点の位置を目標として、その場所に飛行するための指令と共に、飛行制御部２０１に提供する。この実施形態では、飛行制御部２０１は、次に、ＵＡＶ１０２を目標位置に向かって移動させるのに必要な配向及び推進力を計算し得る。飛行制御部２０１はまた、例えばアクチュエータ制御システム２０４及び推進管理システム２０５などの他のモジュールのための更なる指令を生成し得る。アクチュエータ制御システム２０４及び推進管理システム２０５に送信された指令は、それらに、ＵＡＶ１０２の配向を変え、それを目標位置に向かって推進させる行動を起こさせ得る。任務計画部２００の指令及び目標に応答してＵＡＶ１０２内の様々なモジュールによって取られる行動の結果として、ＵＡＶ１０２は指定された第１の中間地点に飛行するであろう。その目標が達成されると、任務計画部２００は、より高いレベルの目標が宛先地１０５に達成することが満たされるまで、ＵＡＶ１０２が第２の中間地点及び第３の中間地点などに飛行するように、他のモジュールに新しい目標及び指示を送信してもよい。
【００５３】
移動指示の他に、任務計画部２００は、積載物の投下、画像データの捕捉、データの送信などの動作を引き起こす他の指示をＵＡＶ１０２のモジュールに発行してもよい。任務計画部２００はまた、人間のオペレータからの、又は第三者の制御部（航空管制官など）からのグローバルサービス１０３、及びこれらのコマンドに基づくＵＡＶ１０２モジュールに指令を発行してもよい。例えば、例示的な一実施形態では、ＵＡＶ１０２に搭載された任務計画部２００は、接近する嵐に起因して配送センタ１０１へ戻って飛行するように、人間のオペレータからコマンドを受け取ってもよい。このコマンドに応答して、任務計画部２００は、ＵＡＶ１０２内の他のモジュールに送信される新しい目標及び指令を生成し、これらの新しい目標及び指令の結果として、ＵＡＶ１０２は進路を変更して配送センタ１０１に戻る。
【００５４】
一実施形態では、任務計画部２００は、有限状態機械２０８を含む。有限状態機械２０８は、ＵＡＶ１０２の任務の過程で、任務計画部２００がいつ、どのような状況下で、ＵＡＶ１０２の他の構成要素に目標及び指令を発行するかを調整するデータ構造である。概念的には、有限状態機械２０８は、複数の輸送機状態及びそれらの状態間の対応する有効な遷移を含む。ＵＡＶ１０２の任務中は、少なくとも１つの輸送機状態が常にアクティブである。任務計画部２００は、現在の輸送機状態に基づいて、通信バスを介してＵＡＶ１０２の他のモジュールに、目標及び指令をブロードキャストする。有限状態機械２０８は、任務が進行するにつれて、１つの輸送機状態から別の輸送機状態に遷移し、有限状態機械２０８が新たな輸送機状態に入ると、任務計画部２００は、新たな目標及び指令をＵＡＶ１０２の他のモジュールにブロードキャストしてもよい。例えば、一実施形態では、ＵＡＶ１０２は、輸送機状態：発射、公称飛行、位置の保持、荷物の配送、帰還、及び着陸を含む。この実施形態では、任務計画部２００は、発射状態での任務を開始し得る。発射状態では、任務計画部は、飛行制御部２０１にＵＡＶ１０２を製造する目標を与え得る。その目標に基づいて、飛行制御部２０１は、エンジンによって提供される推力を増大させることができ、アクチュエータ制御システム２０４及び推進管理システム２０５に指令を出すことによって翼の上のフラップを下げることができる。輸送機が飛行すると、有限状態機械２０８は、公称飛行状態に遷移し得る。公称飛行状態では、任務計画部２００は、飛行制御部２０１に特定の目的の宛先に飛行するよう指令を送信してもよい。ＵＡＶ１０２が宛先に到着すると、有限状態機械２０８は、荷物配達状態に遷移し得る。荷物配送状態に基づいて、任務計画部２００は、宛先地に安全に接近し、積載物が解放されるように、飛行制御部２０１と積載物管理システム２０６との両方に指令を送信してもよい。
【００５５】
有限状態機械２０８は、様々な異なるデータ構造を使用して表すことができ、様々なハードウェア、ソフトウェア、又はハイブリッドハードウェア−ソフトウェア方法を使用して実装することができる。一実施形態では、有限状態機械２０８は、車両状態及び有効な状態遷移を定義する技術仕様を作成し、次にその技術仕様をコンパイルして、定義された状態及び遷移を表す実行可能又は対象物コードを生成する。この実施形態では、実行可能又は対象物コードは、ＵＡＶ１０２内のランダムアクセスメモリ、ハードディスク記憶装置、フラッシュメモリなどのコンピュータ記憶媒体に格納され得る。別の実施形態では、技術仕様は、１つ以上のハードウェアモジュールを使用して実施され得るハードウェア設計に転換されてもよい。
【００５６】
任務計画部２００には、配送センタ１０１からＵＡＶ１０２が発射される前に任務データが提供される。任務データは、任務計画部２００が宛先地１０５の位置を特定し、その位置への適切な経路を決定し、サービス要求を完了するために要求される要求特有の行動を実行することを可能にする情報を含む。例えば、いくつかの実施形態では、任務計画部２００には、宛先位置、目的地への経路、及び画像が車載カメラで撮影される経路に沿った一連の点が提供される。
【００５７】
いくつかの実施形態では、任務データは、動作領域の地域的空中地図を含む。動作領域は、配送センタ１０１と宛先地１０５とを包含する地理的領域である。地域的空中地図は、宛先地１０５、飛行回廊、及び管理区域の位置を含む、任務計画に有用な情報を含む組織化されたデータである。地域的空中地図は、カスタムデータ構造に格納してもよく、又はＭＹＳＱＬ、ＰＯＳＴＧＲＥＳＳＱＬ、ＭＯＮＧＯＤＢ、ＣＯＵＣＨＤＢなどの標準データベースソフトウェアを使用して格納してもよい。地理座標に基づいてデータを整理及び取得する機能を有するデータベースソフトウェアは特に空中地図の格納に適している。
【００５８】
飛行回廊は、ＵＡＶ飛行のＵＡＳ１００によって指定される空域の領域である。飛行回廊における地域的状況は、ＵＡＳ１００によって監視されてもよく、飛行回廊は、位置間で安全かつ効率的に移動するために、ＵＡＶ１０２によって使用されてもよい。地域的空中地図は、複数の飛行回廊の各々についての情報を含む。各飛行回廊に関する情報としては、飛行回廊の位置、高度、地域的風条件、地域的航空交通（すなわち、飛行回廊内の他のＵＡＶ及び航空機）、降水量、空中危険、地理的障害物（例えば、山）などが挙げられるが、これらに限定されない。飛行回廊は、単一の飛行回廊内の別個のレーン内のいくつかの航空機の飛行を安全に収容することを可能にする方法で細分化されてもよい。例えば、複数の航空機は、各航空機に廊下内の別個の排他的な車線を割り当てることによって単一の飛行経路に収容することができる。一実施形態では、各飛行回廊は、層間を垂直方向に分離しながら、水平方向に層にスライスされてもよく、回廊内の各層は、その任務の間、特定のＵＡＶ１０２のためのレーンとして確保されてもよい。例えば、飛行回廊は、１つの車線が地面からの高度１００ｍ（Above Ground Level、ＡＧＬ）から１１０ｍ  ＡＧＬ、別の車線が１１０ｍ  ＡＧＬから１２０ｍ  ＡＧＬ、及び第３の車線が１２０ｍ  ＡＧＬから１３０ｍ  ＡＧＬの３つの層にスライスされ得る。航空機がこれらの層（レーン）に割り当てられ、たとえそれらが飛行回廊内の経路を横切っても、それらがそれらの割り当てられた車線に固執する限り、それらの高度差により衝突が起こらないことが保証される。配送センタ１０１から離陸する前に、ＵＡＶ１０２は、それがその任務の期間中安全に占有することができる１つ以上の飛行回廊内のスロットを留保する情報を提供されてもよい。飛行回廊内のこれらの予約されたレーンは、配送センタ１０１から宛先地１０５へのＵＡＶ１０２への経路を提供し得る。
【００５９】
飛行回廊は、様々な方法で空中地図に表示され得る。一実施形態では、飛行回廊は、コンピュータ記憶媒体に格納された、高度を有する一連の地理座標として表される。例えば、飛行回廊は、一連の緯度、経度、及び高度（すなわち、３次元）の点として表され得る。この実施形態では、一連の点は、飛行回廊を形成する一連の接続線分を定義する。緯度経度番号は、ＧＰＳ座標として与えられてもよい。追加のメタデータをまた、点又は線分に関連付けて、例えば地域的気象条件などの飛行回廊に関する追加の情報を表すこともできる。別の実施形態では、飛行回廊は一連の３次元曲線（ベジエスプラインなど）として表され、曲線は特定の緯度、経度、及び高度の座標を通るように定義される。
【００６０】
管理区域は、航空機が他の航空機と近接する可能性がある地理的領域であり、したがって、衝突を回避するために航空機間の調整が必要とされる場所である。複数のＵＡＶ１０２がこれらの位置に同時に接近しようと試みる可能性があるので、配送センタ１０１及び目的地サイト１０５の位置は通常制御区域である。他の場所もまた、管理区域であり得る。例えば、複数の飛行回廊が交差する場所が管理区域であり得る。ＵＡＶ１０２の任務計画部２００は、ＵＡＶ１０２が他の航空機から安全な距離を維持することを確実にするために、制御区域に接近するか、入るか、又は出るときに特定の行動をとることができる。例えば、任務計画部２００は、有限状態機械２０８を新しい輸送機状態に遷移させてもよい。同様に、任務計画部２００は、ＵＡＶ１０２に（新しい輸送機状態への遷移の結果として、又は輸送機状態の変化なしに）速度、高度、及び／又は進行方向を変更させてもよい。
【００６１】
制御区域は、様々な方法で表され得る。一実施形態では、管理区域は、緯度及び経度座標（管理区域の中心点）並びに半径によって表される。この実施形態では、制御区域は円形である。別の実施形態では、管理区域は一連の緯度及び経度点によって画定される多角形によって表される。例えば、管理区域は、三角形区域を画定する３つのＧＰＳ座標によって表されてもよく、又は管理区域は、長方形区域を画定する４つのＧＰＳ座標によって表されてもよい。飛行回廊のような管理区域はまた、区域の垂直方向の境界を示す高度値も含み得る。例えば、管理区域を定義するために使用される緯度及び経度座標はまた、高度座標も含み得る。
【００６２】
いくつかの実施形態では、地域的空中地図は、大域的空中地図内の動作領域に関連する情報を選択することによって、より広い地理的領域に関する情報を含む、大域的空中地図から生成される。大域的空中地図が過度に大きくない場合、動作領域に関する地域的サブセットのみの代わりに、空中地図全体が、ＵＡＶ１０２に格納されてもよい。
【００６３】
空中地図内の情報を使用して、任務計画部２００は、発射前又は発射直後に、配送センタ１０１から宛先地１０５への動的経路を開拓する。動的経路は、任務の目標、及びサービス要求を満たした後に配送センタ１０１に戻るＵＡＶ１０２の要件を考慮に入れる。いくつかの実施形態では、任務計画部２００は、配送センタ１０１又はグローバルサービス１０３から事前に生成された経路を受信し、その経路を変更するように命令を受信した場合、又は動作領域の状況が時間と共に変化する場合にのみ変更する。
【００６４】
動的経路は、ＵＡＶ１０２がその現在位置からある目的位置へ飛行するために横断し得る一連の飛行回廊である。ＵＡＶ１０２がその任務で飛行するとき、それは空中地図に対して、動作領域内の空中地図の地域の状況に関する更新を含む更新を、ＵＡＳ１００から受けてもよい。更新は、グローバルサービス１０３から、配送センタ１０１から、又は他のＵＡＶ１０２から受信されてもよい。いくつかの実施形態では、更新は、サービス要求者１０４、又は天気情報プロバイダ、ニュースサービス、航空管制官、衛星、民間航空局、法執行機関、軍の航空当局などの第三者から受信されてもよい。
【００６５】
任務計画部２００は、飛行回廊更新が受信されるときに、任務中に動的経路を修正することができる。例えば、いくつかの実施形態では、任務計画部２００は、悪天候、飛行回廊に不法侵入する航空機のなどの飛行障害を回避するために、動的経路を変更してもよい。動的経路が修正されると、任務計画部２００は、目標位置に到達すために通過する一連の飛行回廊を再決定する。
【００６６】
図２Ｄに示されるように、ＵＡＶ１０２は、飛行制御部２０１も含む。飛行制御部２０１は、誘導、ナビゲーション、及び制御機能を、任務計画部２００に提供する。例えば、任務計画部２００は、任務中に様々な時間にＵＡＶ１０２の位置、向き、高度、及び速度を知る必要があり、飛行制御部２０１は、状態推定と呼ばれるプロセスを通じてこの情報を提供する。同様に、任務計画部２００がＵＡＶ１０２を１つの地点から別の地点に移動させる必要がある場合、それは、その目標を達成するために、飛行制御部２０１にコマンドを送信する。飛行制御部２０１は、バスを介して、センサシステム２０２、アクチュエータ制御システム２０４、及び推進管理システム２０５と通信して、誘導、ナビゲーション、及び制御機能を提供する。
【００６７】
センサシステム２０２は、センサ機器からの情報を飛行制御部２０１に提供する。いくつかの実施形態では、センサシステム２０２は、例えばＧＰＳユニット、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit、ＩＭＵ）、動圧力センサ、静圧力センサ、気温読取装置などのいくつかの計器を備える。センサシステム２０２は、飛行制御部２０１がＵＡＶ１０２の位置、向き、速度、及び加速度を推定するために使用できる情報を提供することができる。この位置、向き、速度、及び加速度情報が、ＵＡＳの他の構成要素によって必要とされる場合、情報は通信システム２０３を使用してＵＡＶ１０２によってブロードキャストされ得る。
【００６８】
アクチュエータ制御システム２０４は、機体上の操縦翼２１３を含むＵＡＶ１０２上の様々な可動部を制御するアクチュエータを含む。アクチュエータは、電気サーボ、油圧、又は機械的運動を可能にするために使用され得る任意の他の技術を含んでもよい。アクチュエータ制御システム２０４は、飛行制御部２０１からのコマンドに基づいてアクチュエータの状態を変更することができる。アクチュエータ制御システム２０４はまた、操縦翼面２１３の位置及び動きのフィードバックを与えることができる測定手段（例えば、エンコーダ、レゾルバ、又はポテンショメータ）を有してもよい。操縦翼２１３の位置及び動きは、飛行制御部２０１に報告されてもよい。
【００６９】
任意の動く機械システムは、製造プロセスの結果として、又は使用の結果として、小さな誤差、欠陥、又は「ドリフト」を生じる可能性があるので、操縦翼２１３、アクチュエータ、及び測定手段は、操縦翼２１３の実際の位置及び動きが、アクチュエータ制御システム２０４が測定手段から受信する位置及び運動に厳密に対応するように定期的に較正されなければならない。この較正を実行するために使用されるシステム及び方法は、図５と併せてより詳細に説明される。
【００７０】
推進管理システム２０５は、例えば、プロペラ搭載ＵＡＶに搭載されたプロペラの速度を調整することにより、ＵＡＶ１０２上に装着されたエンジンによって及ぼされる力を制御し、そしてＵＡＶ上に残っているバッテリ容量の量を監視する。飛行制御部２０１は、推進管理システム２０５と通信することによって、ＵＡＶ１０２の移動速度を調節することができる。推進管理システム２０５は、バッテリ電圧の経時変化、バッテリの電流出力の経時変化、及び更には飛行期間にわたるバッテリセルの化学変化などのＵＡＶ１０２に搭載されたバッテリの物理的属性を監視してもよい。監視された情報は、通信システム２０３を介して任務の間、又はＵＡＶ１０２が配送センタ１０１に戻された後に、配送センタ１０１又はグローバルサービス１０３に通信されてもよい。後者の場合、情報は、無線手段、有線手段、又はメモリカードなど何らかの記憶媒体の物理的転送によって通信されてもよい。
【００７１】
飛行制御部２０１は、センサ管理システム２０２及びアクチュエータ制御システム２０４から情報を受信し、ＵＡＶ１０２の位置、向き、及び速度の最良の推測を、任務計画部２００に提供する状態推定を実行する。状態推定は、ＵＡＶ１０２の様々なシステムが新たな情報を提供するために、連続的に更新され、チェックされる。
【００７２】
任務計画部２００は、ＵＡＶ１０２が移動しなければならない高レベル目標位置を決定し、その目標位置を飛行制御部２０１に通信する。任務計画部２００は、任意の適切な技術を使用して、指令及び目標を飛行制御部２０１に伝えることができる。例えば、一実施形態では、任務計画部２００は、一連の中間地点によって飛行制御部２０１に移動目標を通信する。別の代替的な実施形態では、任務計画部２００は、スプラインによって移動目標を飛行制御部２０１に伝達する。
【００７３】
飛行制御部２０１は、中間地点、スプライン、又は任意の他の好適な形式としての、移動目標を受信し、規則又は物理学に基づくモデルに基づいて、移動目標を達成するための、アクチュエータ制御システム２０４及び推進管理システム２０５と通信すべきコマンドを決定する。例えば、いくつかの実施形態によれば、物理学に基づくモデルは、現在の状態推定（すなわち、ＵＡＶ１０２の位置、向き、及び速度）、並びに風及び温度を含む地域の状況に基づいて、必要とされるラダーベータ及びウィングフラップの状態、並びにＵＡＶ１０２のエンジン推力を出力する。
【００７４】
通信システム２０３は、ＵＡＶ１０２が異なる通信プロトコルを使用して情報を送受信することを可能にする送信機及び受信機を備える。通信システム２０３は、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ(登録商標)、３Ｇ／４Ｇ、ＬＴＥなどの標準セルラ無線技術のための送信機及び受信機と、ＵＡＶ１０２が配送センタ１０１又は別のＵＡＶ１０２と直接通信することを可能にする見通し線無線機を含んでもよい。
【００７５】
通信システム２０３はまた、第１のＵＡＶ１０２が、第２のＵＡＶ１０２の有効通信範囲を増大させるために、第２のＵＡＶ１０２によって送信された信号を受信し再ブロードキャストすることができるように、メッシュネットワーキングをサポートし得る。第３のＵＡＶ１０２は、同様に、第１のＵＡＶ１０２によって再ブロードキャストされた信号を受信し再ブロードキャストして、通信範囲を更に増大させてもよい。他のＵＡＶに対する信号を受信し再ブロードキャストするこの方法は、システム内で動作する全てのＵＡＶ１０２の接続性を向上させるために、ＵＡＳ１００の動作領域全体にわたって実施することができる。カスタムメッシュプロトコルを使用して、メッシュネットワーキング、又はＩＥＥＥ  ８０２．１５．４、ＺＩＧＢＥＥ(登録商標)、ＢＡＴＭＡＮ、ＨＷＭＰ、ＩＥＥＥ８０２．１１  ＭＥＳＨ、などの標準メッシュネットワーキングプロトコルを実装することができる。システムの一実施形態では、見通し線無線機のみがメッシュネットワーキングプロトコルを実装するために使用される。
【００７６】
通信システム２０３は、ＵＡＶ１０２の現在のステータスに関する情報を含む状態メッセージを定期的にブロードキャストするために、任務計画部２００によって使用される。ブロードキャストステータスメッセージの目的は、ＵＡＶに関する重要な情報について、配送センタ１０１、グローバルサービス１０３及び他のＵＡＶ１０２に通知することである。例えば、ステータスメッセージは、ＵＡＶ１０２の現在位置、現在の進行方向、現在の速度、現在の宛先などに関する情報を含んでもよい。ＵＡＶ１０２の積載物、そのバッテリのステータス、及び他の同様の情報など他の情報もブロードキャストされてもよい。航空交通管理に関するいくつかの特別な情報は、ステータスメッセージにおいてブロードキャストされてもよく、ステータスメッセージのこの使用は、以下でより詳細に説明される。ＵＡＶ１０２によってブロードキャストされるステータスメッセージは、ステータスメッセージの有効範囲を増大させるために、メッシュネットワーキングプロトコルに基づいて、他のＵＡＶ１０２によって再ブロードキャストされ得る。
【００７７】
積載物管理システム２０６は、サービス要求及び積載物の性質に応じて、ＵＡＶ１０２によって搬送される積載物に関連する様々な機能を実行する。例えば、積載物が発射前にＵＡＶ１０２に取り付けられると、積載物管理システム２０６は、取り付けが成功したことを任務計画部２００及び／又は配送センタ１０１に通信する。サービス要求が荷物投下である場合、積載物管理システム２０６はまた、積載物の状態、例えば積載物が生鮮食品である場合には積載物の温度、を監視し、宛先地１０５における積載物の解放を管理する。この例では、任務計画部２００は、積載物を安全に宛先地１０５で落下させるのに必要なＵＡＶ１０２の位置、高度、速度、及び向きを決定し、適切な時間に積載物を解放するコマンドを積載物管理システム２０６へ通信する。積載物管理システム２０６は、コマンドを受け取り、積載物区画ドア２１５を開き、積載物を落下させる。
【００７８】
積載物管理システム２０６は、積載物の性質に応じて他の機能を実行してもよい。例えば、サービス要求が監視又は地図作成に関連する場合、積載物管理システム２０６は、積載物に含まれるカメラシステムとインターフェース接合してもよく、任務計画部２００から受信した命令に基づいて画像又はビデオを捕捉することができる。例えば、この実施形態では、任務計画部２００は、ＵＡＶ１０２がそのルート内の一部のある関心対象地点上空を飛ぶとき、積載物管理システム２０６に命令を発行して画像を捕捉することができる。
【００７９】
安全システム２０７は、ＵＡＶ１０２に装着された様々なフェイルセーフ構成要素を管理する。例えば、一実施形態では、安全システム２０７は、任務計画部２００から受信したコマンドに基づいて、又は飛行制御部２０１若しくはセンサシステム２０２から直接受信した情報に基づいて配備され得るパラシュートシステムを監視及び制御する。例えば、ＵＡＶ１０２が回復不可能な急降下に入る場合、安全システム２０７は、センサシステム２０２から受信したデータに基づいてパラシュートを展開してもよい。別の実施形態では、任務計画部２００は、グローバルサービス１０３又は配送センタ１０１から受信したメッセージに基づいて、安全システム２０７にパラシュートを展開するように指示してもよい。コマンドでのパラシュート展開は、航空管制プロセスが、航空交通量の多い地域での複数航空機間の差し迫った衝突の可能性を検出する状況において有用であり得る。ＵＡＶ１０２に強制的にそのパラシュート展開させ降下させることにより、それが他の航空機の飛行経路に入ることを防止することができる。
【００８０】
任務計画部２００は、システム内で動作するＵＡＶ１０２間の衝突のリスクを最小限に抑えるために、航空交通管理プロトコルに従うように設計されている。航空交通管理プロトコルは、実行されなければならないアクション、並びに、ＵＡＶ１０２によって、特定の時間、任務及び／又は特定の条件下でブロードキャストされなければならないメッセージを定義する。
【００８１】
航空交通管制プロトコルは、航空機が空中地図を通過する際に従うルールを提供する。この規則は、航空機の位置及び状況に基づいて、並びに他の航空機の位置及び状況に基づいてブロードキャストされなければならない特定のメッセージを定義する。この規則はまた、その状況、その区域の他の航空機の状況に基づいて、及びそれが他の航空機から受信するメッセージに基づいて、航空機により実行されなければならないアクションを同様に特定する。航空交通管制プロトコルによって指定された規則は、飛行制御部２０１、センサシステム２０２、及び通信システム２０３など、上述のシステムを含む、ＵＡＶ１０２内のソフトウェア／ハードウェアシステム及び方法によって実施される。任務計画部２００は、ＵＶＡの状況に関する情報が集約されているハブであり、受信した通信、空中地図での位置、飛行情報などを含む。任務計画部２００は、集約された情報及び交通管理プロトコルに基づいて、ＵＡＶ１０２の他のモジュール及びシステムにコマンドを発行する。
【００８２】
ＵＡＶ１０２は自律的に動作するように設計されているが、任務計画部２００は、任務計画部２００の飛行計画を上書きし得る命令を、通信システム２０３を介して受信するように構成されている。例えば、ＵＡＶ１０２は配送センタ１０１又は、グローバルサービス１０３から、悪天候又は領域内に進入する旅客機のために、ＵＡＶ１０２にすぐに基地に戻るように命令する指示を受信し得る。このようなコマンドを受信すると、任務計画部２００は、ＵＡＶ１０２の移動目標を変更し、他のモジュールに新しい指示を発行し、その結果、ＵＡＶ１０２は、必要に応じてその飛行経路を調整する。ＵＡＶ１０２は、調整された経路に沿ってその飛行に航空交通管制プロトコルを適用し続けてもよい。上述のＵＡＶ１０２の構造及び機能は、一実施例に基づいてモジュールに分割されているが、様々なモジュールの機能は、図２Ｄに示されたものより多い又は少ない構成要素になるように併合又は更に分割されてもよい。また、様々なモジュールの機能性の一部を、ＵＡＶ１０２のサーボ、センサ、及び他のハードウェア構成要素に直接提供することも可能である。例えば、飛行制御部２０１は、複数のサーボモータと直接通信してもよく、これらのそれぞれは、記載したアクチュエータ制御システム２０４の機能を有する。ハードウェア構成要素制御のそのような分散は、いくつかの実施態様では、耐故障性の観点から有益であり得る。
【００８３】
配送センタ
配送センタ１０１は、ＵＡＳ１００のローカルロジスティックを取り扱う。グローバルサービス１０３が、サービス要求者１０４からサービス要求を受信すると、グローバルサービス１０３は、サービス要求内の基準に従って、サービス要求を満たす宛先地１０５のロケーションを含む配送センタ１０１を選択する。グローバルサービス１０３は次いで、サービス要求内の情報の少なくとも一部を、選択された配送センタ１０１に送信する。
【００８４】
配送センタ１０１は、ＵＡＶ１０２の発射及び回収、積載物、機器、バッテリ、及びＵＡＶ１０２の在庫の維持及び監視、並びに地域的情報をグローバルサービス１０３に通信することに関与する。任務のためのＵＡＶ、バッテリ、及び積載物の選択、任務データの準備、ＵＡＶ監視並びに任務中の通信などの他の機能は、実装及び／又はシステムのステータスに応じて、配送センタ１０１又はグローバルサービス１０３のいずれかによって実行することができる。配送センタの操作を促進するために、配送センタオペレータ１０７を配送センタ１０１に配置してもよい。
【００８５】
図３は、一実施形態に係る配送センタ１０１のブロック図である。前述のように、配送センタ１０１のこの実施形態によって実行される機能の一部は、代わりにグローバルサービス１０３によって実行され得る。同様に、グローバルサービス１０３の機能の一部は、配送センタ１０１によってローカルに実行され得る。当業者であれば、特定のＵＡＳ実装の要件に基づいて、グローバルサービス１０３及び配送センタ１０１の機能を、任意の適切な方法で分割することができるであろう。
【００８６】
この実施形態では、配送センタ１０１は、バッテリ管理システム３０１、積載物在庫管理システム３０２、ＵＡＶオペレーションシステム３０３、配送センタ管理システム３０４、オペレータインターフェース３１２、及びＵＡＶ在庫管理システム３１３から構成される。
【００８７】
配送センタ管理システム３０４は、配送センタ１０１のハブとして機能する。この実施形態では、配送センタ管理システム３０４は、任務マネージャ３０５、センサステーション３０６、通信ステーション３０７、ロジスティックシステム３０８、空中地図データベース３０９、地形マップデータベース３１０及びインターフェースハンドラ３１１を含む。一例示的実施形態では、配信センタ管理システム３０４は、専用のセンサ及び通信周辺装置がインストールされた１つ以上のコンピュータサーバを使用して実装される。
【００８８】
配送センタ１０１の機能の一部は、人間の配送センタオペレータ１０７の支援を必要とする場合がある。例えば、ＵＡＶの組み立て、ＵＡＶの修理、積載物の取り付け及び取り外し、ＵＡＶ回収、バッテリ交換、ＵＡＶ発射装置上へのＵＡＶ１０２の配置、及びバッテリを充電機器に配置することは、完全に自動化されていない場合には、人間による関与を必要とし得るタスクである。オペレータインターフェース３１２は、配送センタオペレータ１０７を配送センタ管理システム３０４及びグローバルサービス１０３から情報及び命令を受信し、並びに情報及び命令を配送センタ管理システム３０４及びグローバルサービス１０３に返送することを可能にする。配送センタ管理システム３０４は、インターフェースハンドラ３１１を介してオペレータインターフェース３１２と通信する。いくつかの実施形態では、オペレータインターフェース３１２は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、又はパーソナルコンピュータ上で実行されているアプリケーションであり、インターフェースハンドラ３１１は、ＩＥＥＥ８０２．１１などの無線通信プロトコルを介してアプリケーションと通信する。
【００８９】
任務マネージャ３０５は、配送センタ１０１での任務オペレーションのローカル態様を管理する責任を負うモジュールである。一部の実施形態では、任務マネージャ３０５は、グローバルサービス１０３からサービス要求（又はサービス要求から生成されたデータ）を受信し、ＵＡＶ１０２又はＵＡＶ１０２に組み立てられるＵＡＶ構成要素を選択し、任務中にＵＡＶ１０２によって利用される任務データを準備し、任務、試験、及びＵＡＶ１０２の発射のための適切な積載物を選択し、任務中にＵＡＶ１０２及び積載物のステータスを監視する。任務マネージャ３０５は、オペレータインターフェース３１２を介して、任務の様々な段階の間に、任務のステータス、並びに準備、装填、発射、及びＵＡＶ１０２の回収を促進するためのアクションを示す命令の両方を通信するために、配送センタオペレータ１０７と通信する。
【００９０】
任務マネージャ３０５は、配送センタ管理システム３０４の他の構成要素を利用して、ローカル環境及びＵＡＶ１０２、ＵＡＶオペレーションシステム３０３、バッテリ管理システム３０１及びローカル在庫を含むＵＡＳ１００の様々なローカルコンポーネントのステータスを監視する。
【００９１】
任務マネージャ３０５は、通信ステーション３０７を介してグローバルサービス１０３及びローカルＵＡＶ１０２との接触を維持する。サービス要求に関する情報は、グローバルサービス１０３から受信され、地域の状況、進行中の任務、在庫などに関する情報がグローバルサービス１０３に返送される。通信ステーション３０７は、ＧＳＭ(登録商標)、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ(登録商標)、３Ｇ／４Ｇ、ＬＴＥなどを含むがこれらに限定されない、いくつかの異なる標準遠距離通信プロトコルのための送信機及び受信機を有することができる。これらの標準的なプロトコルに加えて、通信ステーション３０７は、ＵＡＶ１０２及び他の配送センタ１０１との直接通信を可能にする見通し線又はメッシュプロトコルをサポートしてもよい。最後に、通信ステーション３０７は、ＵＡＳ１００及び第三者情報プロバイダの他の構成要素と高速通信するためのインターネットへの有線接続を含んでもよい。任務マネージャ３０５は、通信ステーション３０７を介して受信した情報の一部をオペレータインターフェース３１２に送信することができ、その結果、配送センタオペレータ１０７は、地域的任務に関連するＵＡＶ１０２又はＵＡＳ１００の他の構成要素のステータスを監視することができる。
【００９２】
センサステーション３０６は、主に、配送センタ１０１の位置に関する地域的気象データを収集するために使用される。センサステーション３０６は、圧力センサ、温度計、風力センサ、降水量検出器などを含んでもよい。センサステーション３０６はまた、レーダー、無線追跡、及び光学物体認識システムなどの機器を使用して、ＵＡＶ１０２を検出及び追跡するために使用されてもよい。任務マネージャ３０５は、オペレータインターフェース３１２を介してセンサステーション３０６から配送センタオペレータ１０７に情報を提示してもよく、その結果、配送センタオペレータ１０７は、ＵＡＶ１０２及び配送センタ１０１を悪天候から保護するために必要な措置を取ることができる。例えば、センサステーション３０６が接近する嵐を検出する場合、任務マネージャ３０５は、オペレータインターフェース３１２を介して、配送センタオペレータ１０７に通知を表示してもよく、オペレータ１０７は、既に発射されたＵＡＶ１０２を回収するための、発射されていない任務を中止するための、及びそのような手順に従うことができる。
【００９３】
発射される任意の車両任務に先立って、任務マネージャ３０５は、任務情報に基づいて任務のための任務エネルギー要件を決定する。任務情報は、サービス要求からの情報、地域の状況に関する情報（温度、風、及び降水量など）、並びに車両及び積載物の特性に関する情報を含んでもよい。例えば、一実施形態では、エネルギー要件は、宛先地１０５の場所、宛先地１０５への経路、宛先地１０５への経路ルートに沿った風条件、任務に対処するＵＡＶ１０２の飛行特性（飛行する単位距離当たりの典型的な電力消費量、空力抵抗など）、及びサービス要求を満たすために必要とされる積載物の重量のような要因のコンピュータ解析によって決定される。任務マネージャ３０５は、バッテリ管理システム３０１に任務エネルギー要件を通信し、次いで、バッテリ在庫から、任務に十分な電力を提供することができる１つ以上のバッテリを選択する。バッテリ管理システム３０１は、選択されたバッテリを、任務を飛行予定のＵＡＶ１０２に自動的に設置してもよく、又は、特定のバッテリが設置されなければならないことを配送センタオペレータ１０７に通知するために指示器を使用してもよい。バッテリ管理システム３０１の動作に関する更なる詳細については、以下に説明する。
【００９４】
ロジスティクスシステム３０８は、配送センタ１０１における様々な構成要素の在庫レベルを追跡し、これらの在庫レベルをグローバルサービス１０３及び任務マネージャ３０５に報告する。この在庫情報は、サービス要求を満たすために特定の配送センタ１０１を選択する際に使用され得る。
【００９５】
ロジスティクスシステム３０８は、バッテリ管理システム３０１、積載物在庫管理システム３０２、及びＵＡＶ在庫管理システム３１３とインターフェースして、バッテリ、積載物、及びＵＡＶ／ＵＡＶ構成要素の在庫レベルを決定する。ロジスティックシステム３０８は、在庫レベルが閾値レベルを下回ったとき、又は在庫レベルが特定の期間内に閾値レベルを下回ると予測されるときに、追加の在庫の送達を要求することができる。
【００９６】
グローバルサービス１０３は、ロジスティックシステム３０８によって報告された在庫レベルを監視してもよく、現在の在庫レベル又は将来の予測在庫レベルに基づいて、追加の在庫品を配送センタ１０１に積極的に発送してもよい。ロジスティックシステム３０８は、配送センタオペレータ１０７に、在庫不足又は在庫内の特定のアイテムのエラーを、オペレータインターフェース３１２を介して直接通知してもよい。これらの通知に基づいて、配送センタオペレータ１０７は、必要に応じてアイテムを補充又は修復してもよい。
【００９７】
配送センタ１０１の各アイテムは、ロジスティックシステム３０８によって監視され得る追跡タグを添付されてもよい。バーコード、ＲＦＩＤタグ、ＮＦＣタグなどを含む様々な技術を使用して、追跡タグを実装することができる。これらのタグは、ＵＡＶ１０２、ＵＡＶ構成要素、積載物、バッテリ、予備部品などを含む追跡を必要とする配送センタ１０１の全てのアイテムに添付されてもよい。タグは、物流センタ１０１において追跡される各物理的対象物に対象物識別子を関連付ける。例えば、流通センタ１０１における各積載物は、それに添付されたタグによって示される、それに関連する対象物識別子を有する。対象物識別子は、タグをスキャンするように構成された読取機によってタグから読み取られてもよい。例えば、ＲＦＩＤタグはＲＦＩＤ読み取り機を使用して読み取られ、ＮＦＣタグはＮＦＣ読み取り機を使用して、などである。
【００９８】
対象物識別子は、スキャンされた対象物のタイプ、並びにその固有のアイデンティティを決定するために使用することができる。例えば、積載物対象物に添付されたタグは、対象物が特定のタイプの積載物であること、並びにその積載物の特定のインスタンスであり、在庫内の同じタイプの他の積載物とは異なることを認識する。いくつかの実施形態では、対象物識別子は、在庫データベース内の対象物と関連付けられたデータベースエントリを決定するために使用され得る。ロジスティックシステム３０８は、各対象物識別子に関連付けられた対象物の在庫レベルをグローバルサービス１０３報告する。
【００９９】
配送センタ１０１の図示された実施形態はまた、ＵＡＶ１０２に搭載することができる様々な積載物の在庫レベル及びステータスを追跡する積載物在庫管理システム３０２を含む。積載物在庫管理システム３０２はまた、特定の積載物に関連する再充電、冷蔵、及び他のメンテナンス関連機能を提供してもよい。例えば、積載物がワクチンである場合、積載物在庫管理システムは、ワクチン投与のための冷蔵保管容器を提供してもよく、格納コンテナ内の温度及び容器に格納された投与量をロジスティックシステム３０８に監視及び報告してもよい。任務マネージャ３０５は、オペレータインターフェース３１２を介して、配送センタ１０１に記憶された各種積載物のステータスを配送センタオペレータ１０７に通知してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、任務マネージャ３０５は、積載物在庫管理システム３０２に保存された特定のワクチンが期限切れになったことを配送センタオペレータ１０７に通知するために、オペレータインターフェース３１２に通知を送信してもよい。この通知に基づいて、配送センタオペレータ１０７は、保管場所から期限切れになったワクチンを除去し、新しい在庫と交換することができる。
【０１００】
ＵＡＶ在庫管理システム３１３は、配送センタ１０１に格納された組み立てられたＵＡＶ１０２及びＵＡＶ構成要素を追跡し、この情報をロジスティクスシステム３０８に報告する。任務マネージャ３０５又はグローバルサービス１０３は、特定の配送センタ１０１での任務のために利用可能なＵＡＶリソースを判定するためにロジスティックシステム３０８に問い合わせてもよく、ＵＡＳ１００によって受信されたサービス要求の要件に基づいてこれらのリソースを割り当てることができる。任務を遂行するために特定のＵＡＶ構成が必要とされるとき、任務マネージャ３０５は、任務の完了に適切なＵＡＶを構成するために、ＵＡＶ在庫管理システム３１３に格納されている特定のセットのＵＡＶ構成要素を組み立てるように、オペレータインターフェース３１２を介して配送センタオペレータ１０７に指示を送り得る。ＵＡＶ又はＵＡＶ構成要素が在庫から追加及び除去されると、ＵＡＶ在庫管理システム３１３は、これらのリソースの利用可能性だけでなく、それらの状態及び交換の必要性などの構成要素のステータスも追跡する。この情報は、任務マネージャ３０５及びグローバルサービス１０３によって、配送センタ１０１のための新しいＵＡＶ１０２又は構成要素の送達を注文するために使用されてもよい。
【０１０１】
ＵＡＶ１０２にアップロードされる任務データは、グローバルサービス１０３から受信したサービス要求の要件に基づいて準備される。任務マネージャ３０５による任務データの準備について議論しているが、グローバルサービス１０３又はＵＡＶ１０２に搭載された任務計画部２００のいずれかが任務データを準備するような代替的な実施形態が可能である。任務データは、宛先地１０５の位置及びサービス要求を満たすために必要とされる積載物だけでなく、目的地への飛行経路を生成するために必要とされる情報も含む。経路生成に必要な情報は、空中地図データベース３０９及び地形マップデータベース３１０にローカルに記憶される。
【０１０２】
空中地図データベース３０９は、配送センタ１０１によって提供される地理的領域内の複数の飛行回廊に関するデータを含む。空中地図データベース３０９は、グローバルサービス１０３の一部である大域的空中地図データベース４００と少なくとも部分的に同期されてもよい。飛行回廊データは、気象、航空交通などの飛行回廊内におけるリアルタイムの状況に関する情報を含む。地域的空中地図データベース３０９は、グローバルサービス１０３、他の配送センタ１０１及び第三者（気象サービス及び航空管制官など）から受信した最新情報に基づいて、飛行回廊データを更新する。飛行回廊内を最近飛行したＵＡＶ１０２はまた、飛行回廊内に存在する最後に監視された状況について配送センタ１０１にデータを送信してもよく、この情報は、関連する飛行回廊データを更新するために、空中地図データベース３０９によって使用されてもよい。配送センタ１０１の地域的空中地図データベース３０９が、大域的空中地図データベース４００よりも飛行回廊についてより最近の情報を有するとき、大域的空中地図データベース４００は、通信ステーション３０７を介して更新される。逆もまた真であり、大域的空中地図データベース４００からの最新の更新は、通信ステーション３０７を介して受信され、地域的空中地図データベース３０９に組み込まれる。
【０１０３】
地形マップデータベース３１０は地形データを含み、地形データは、配送センタ１０１によって提供される地理的領域内の地形及び地上障害物に関する情報である。この地形データは、生画像、高さマップ、３次元（３Ｄ）メッシュとして含むが、これらに限定されない多数の方法で記憶することができる。グローバルサービス１０３はまた、地域的地形マップデータベース３１０と少なくとも部分的に同期された大域的地形マップデータベース４０１も含む。空中地図データベースと同様に、地形マップデータベース３１０は、それらの任務飛行の間に、ＵＡＶ１０２から捕捉されたデータに基づいて更新される。例えば、ＵＡＶ１０２がある位置の上空を飛び、地形マップデータベース３１０内のその位置に存在しなかった新たな障害物に関する情報を捕捉する場合、地形マップデータベース３１０は、任務中、又はＵＡＶ１０２が配送センタ１０１に戻された後に、ＵＡＶ１０２から受信したデータを介して新たな情報で更新されることになる。
【０１０４】
空中地図データベース３０９からの飛行回廊に関する情報は、ＵＡＶ１０２を宛先地１０５へルーティングするのに十分であり得るが、ＵＡＶ１０２が飛行している地面に関する情報もまた、任務の様々な段階において有用であり得る。例えば、ＵＡＶ発射及び回収の間は、発射及び回収場所付近の地形及び障害が関連する。加えて、サービス要求が荷物投下を必要とする場合、ＵＡＶ１０２の任務計画部２００は、積載物がアクセス可能な場所に着地し、地域の建造物、対象物、又は人を損傷しないような、積載物を投下すべき場所を判定しなければならないので、そのとき、宛先地１０５における地形及び障害が関連する。
【０１０５】
地形マップデータベース３１０からの情報はまた、監視又は地図作成を必要とするサービス要求を満たすためにも有用である。場合によっては、地形マップデータベース３１０からの地形データを使用して、ＵＡＶを発射することなく、監視又は地図作成要求を遂行することができる。例えば、ＵＡＶ１０２が、特定の場所の宛先地１０５で最新画像を捕捉し、その後のサービス要求が、同じ場所で、ある閾値時間限界内で画像捕捉を要求した場合、地形マップデータベース３１０に記憶されている宛先地１０５からの最新の情報をそのときサービス要求者１０４に送信することができる。
【０１０６】
任務データを地域的に準備するために、任務マネージャ３０５は、グローバルサービス１０３から受信したサービス要求情報から、宛先地１０５の場所を最初に決定する。この宛先位置、及び典型的には配送センタ１０１の位置である発射位置に基づいて、任務マネージャ３０５は、任務のために関連する動作領域を決定し、この地理的領域に関連付けられたデータを空中地図データベース３０９及び地形マップデータベース３１０から抽出する。抽出された情報は、任務データの一部としてＵＡＶ１０２に送信される。一部の実施形態では、任務マネージャ３０５はまた、任務データの一部として、最もローコストな宛先地１０５への経路をＵＡＶ１０２に提供する。実装に応じて、経路は、グローバルサービス１０３、ＵＡＶ１０２内の任務計画部２００及び／又は任務マネージャ３０５によって動的に更新され得る。ＵＡＶ１０２への接続性が任務飛行中に保証され得ない場合、ＵＡＶ１０２に搭載した任務計画部２００は、経路を動的に更新することを許可され得る。
【０１０７】
一部の実施形態では、ＵＡＶ１０２は、これらのデータベース内の情報のサブセットのみの代わりに、地空中地図データベース３０９及び地形マップデータベース３１０の完全なミラーを記憶する。これは、データベースのサイズが、ＵＡＶ１０２上の記憶リソースがデータセット全体を記憶するのに足りるほど十分に小さいときに行うことができる。この場合、情報のサブセットは、前述のように、ＵＡＶ１０２内に記憶され得る。同様に、地域的地図データベース３０９及び地域的地形マップデータベース３１０が十分な記憶容量を有する場合、大域的空中地図４００及び大域的地形マップ４０１全体は、配送センタ１０１に地域的に記憶されてもよい。グローバルデータのサブセットは、グローバルデータセットが大きすぎて完全なローカルミラーリングを行うには経済的な面から大きすぎる場合に限り、地域的に抽出され記憶されてもよい。
【０１０８】
ＵＡＶオペレーションシステム３０３は、ＵＡＶ１０２の試験及び較正、ＵＡＶ１０２の発射、及びＵＡＶ１０２の回収に関与する。ＵＡＶオペレーションシステム３０３は、３つの別個の構成要素、すなわち、試験及び較正システム、ＵＡＶ発射装置、及び自動回収システムを含み得る。しかしながら、速度及び効率を改善するために、これらの構成要素のうちの２つ以上を単一の集積デバイスに組み合わせることが可能である。例えば、試験及び較正システムは、ＵＡＶ発射装置と組み合わされてもよく、それにより、発射装置上に配置するときに航空機が検証され、試験される。
【０１０９】
試験及び較正システムは、ＵＡＶ１０２の構成要素を試験して、それらが任務中に機能することを保証する。試験中にあらゆる不良構成要素が識別され、オペレータインターフェース３１２を介して配送センタオペレータ１０７の注意を促す。試験及び較正システムはまた、添付されたタグによって、組み立てられたＵＡＶ１０２内の各構成要素が、現在の任務のために任務マネージャ３０５によって割り当てられた構成要素であることを検証する。例えば、試験及び較正システムは、ＵＡＶ１０２に取り付けられたバッテリ及びエンジンを検出し、それらが発射前に任務のために適切な充電及び性能を有することを保証する。矛盾がある場合は、訂正のために流通センタのオペレータ１０７に注意を促す。同様に、試験及び較正システムは、ＵＡＶ１０２上にロードされた積載物が、現在の任務のための正しい積載物であることを検証する。最後に、試験及び較正システムはまた、ＵＡＶ１０２の操縦翼及び他の可動構成要素を試験して、これらの構成要素が、任務計画部２００及び飛行制御部２０１によって送信されたコマンドに期待通りに応答することを保証する。
【０１１０】
ＵＡＶ発射装置は、効率的かつ信頼性の高い様式でＵＡＶ１０２を発射するために使用される自動システムである。ＵＡＶ発射装置及び試験及び較正システムは、単一のデバイスに組み合わされてもよい。
【０１１１】
自動回収システムは、ＵＡＶ１０２を回収するために使用される自動システムであり、ＵＡＶの胴体の摩耗及び損傷を最小限にする一方で、近傍の人間のオペレータに対するリスクも最小限に抑える様式である。自動回収システムは、図５及び図６と併せてより詳細に説明される。
【０１１２】
ＵＡＶオペレーションシステム３０３は、配送センタオペレータ１０７が、短期間で多くの航空機を確実に発射及び回収することを可能にするように設計されている。
【０１１３】
一旦、ＵＡＶ１０２が発射されると、任務マネージャ３０５は、任務飛行中、航空機を監視し続ける。任務マネージャ３０５は、ＵＡＶ１０２からステータス更新を受信し、これらのステータス更新は、任務マネージャ３０５が任務の進行を少なくとも断続的に追跡することを可能にする。任務マネージャ３０５は、ＵＡＶ１０２のステータスに関する情報を、オペレータインターフェース３１２を介して配送センタオペレータ１０７に提示してもよい。例えば、接近する嵐など、任務の中断を必要とする一部のローカルイベントが存在する場合、任務マネージャ３０５又は配送センタオペレータ１０７のいずれか（又はその両方）が、オペレータインターフェース３１２を介して、ＵＡＶ１０２に配送センタ１０１に戻るように指示するために、通信ステーション３０７を介してＵＡＶ１０２にコマンドを送信することができる。
【０１１４】
グローバルサービス
グローバルサービス１０３は、インターネット又は別の通信プロトコルを介してアクセス可能な１つ以上のコンピュータサーバ上で実行されるソフトウェアサービスの集合である。例示的な一実施形態では、グローバルサービス１０３は、Ａｍａｚｏｎ  Ｗｅｂ  Ｓｅｒｖｉｃｅなどの第三者データセンタで仮想マシン上で実行されるソフトウェアモジュールである。
【０１１５】
グローバルサービス１０３の１つの目的は、複数の配信センタ１０１、サービス要求者１０４及びＵＡＶ１０２を協調させ、サポートし、管理するためのグローバルインフラストラクチャを提供することである。しかしながら、いくつかの実施形態では、グローバルサービス１０３の機能性はローカルコンピュータサーバによって提供され、サーバは、ＵＡＶ１０２、配送センタ１０１のローカルセット、及びサービス要求者１０４（場合によってはそれぞれの１つのみ）のローカルセットを供給することが考えられる。
【０１１６】
１つ以上のグローバルシステムオペレータ１０６及び遠隔車両オペレータ１０８は、グローバルサービス１０３に接続し、完全に自動化することができない（又は一時的な人間の支援を必要とする）システムのために人間の介入を提供する。グローバルシステムオペレータ１０６及び遠隔車両オペレータ１０８は、典型的には、制御デバイスを介してグローバルサービス１０３に接続している。制御デバイスは、コンピュータワークステーション、パーソナルコンピュータ、タブレットデバイス、スマートフォン、又はグローバルサービス１０３とネットワークを介して通信することができる任意の他のコンピュータデバイスであってもよい。例えば、例示的な一実施形態では、グローバルシステムオペレータ１０６は、インターネット接続を有するラップトップコンピュータを使用して、インターネットにも接続されているコンピュータサーバ上で実行されるグローバルサービス１０３に接続する。
【０１１７】
図４に示される例示的な実施形態では、グローバルサービス１０３は、複数の配送センタ１０１、ＵＡＶ１０２及びサービス要求者１０４にサービスを提供するように構成されている。この実施形態では、グローバルサービス１０３は、大域的空中地図データベース４００、大域的地形マップデータベース４０１、データマネージャ４０２、サービス要求ハンドラ４０３、グローバルロジスティックマネージャ４０４、航空管制システム４０５、システムインターフェースマネージャ４０６、及び遠隔車両マネージャ４０７を含む。
【０１１８】
前述したように、大域的空中地図データベース４００及び大域的地形マップデータベース４０１は、ＵＡＳ１００内の空中地図及び地形マップデータのグローバルレポジトリである。これらのデータベースのローカルバージョンの場合と同様に、これらのデータベースにおける情報は、ＵＡＳ１００の必要性に応じて様々な方法で表すことができる。これらのデータベースは、図示される実施形態では単一のユニットとして表されているが、実際には、データベースは、改善された読み出し速度、冗長性、及びエラー回復を提供するために、いくつかのミラー化されたデータ記憶を使用して実装されてもよい。
【０１１９】
データマネージャ４０２は、グローバルデータベースへのデータ書き込み及びデータ読み出しを管理する。例えば、地域的空中地図データベース３０９及び地域的地形マップデータベース３１０に対する更新がグローバルサービス１０３に通信されると、データマネージャ４０２は、情報が適切なデータベースに記憶され、最新情報が常に利用可能であり、古い情報によって上書きされないことを保証する。データマネージャ４０２はまた、ＵＡＳ１００の外部から受信した情報を管理し、この情報をグローバルデータベースに統合する。例えば、第三者気象情報プロバイダ、航空機関、及び外部の航空管制官から受信した情報は、大域的空中地図データベース４００に統合されてもよい。同様に、第三者のトポグラフィーデータ、地図画像、及び監視データは、大域的地形マップデータベースに統合されてもよい。
【０１２０】
データマネージャ４０２は、各配送センタ１０１のローカルデータベースに送信された更新も管理する。一実施形態では、大域的空中地図データベース４００及び大域的地形マップデータベース４０１が更新されると、データマネージャ４０２は、それらの更新が関連する領域を監視し、それらの更新の少なくとも一部を、関連領域内にある配送センタ１０１に送信する。別の実施形態では、特定の領域内の配送センタ１０１における任務マネージャ３０５は、その領域に関する情報をグローバルサービス１０３に定期的に要求し、そして、データマネージャ４０２は、グローバルデータベースからその領域に関連する情報のセットを決定し、その情報を、情報がローカルデータベースに組み込まれ得る配送センタ１０１に送信する。同様に、飛行中のＵＡＶ１０２は、グローバルサービス１０３からのその現在位置に関する情報を要求することができ、データマネージャ４０２は、ＵＡＶ１０２の位置に基づいてＵＡＶ１０２に返送されるべき関連情報を同様に決定し得る。
【０１２１】
サービス要求ハンドラ４０３は、グローバルサービス１０３によって受信されるサービス要求１０４によって送信されたサービス要求を管理する。サービス要求がグローバルサービス１０３によって受信されると、サービス要求ハンドラ４０３はグローバルロジスティックマネージャ４０４と通信して、サービス要求をローカルで処理するのに好適な配送センタ１０１を決定する。前述したように、配送センタ１０１の選択は、サービス要求内で指定された宛先地１０５の位置だけでなく、積載物、ＵＡＶの機能などの要求のロジスティック要件も考慮することができる。例えば、サービス要求は、要求を完了するために必要な積載物タイプを指定する情報を含んでもよく、配送センタ１０１は、様々な配送センタ１０１におけるその積載物タイプの利用可能性に基づいて選択されてもよい。
【０１２２】
積載物タイプは、積載物のタイプに関連付けられた積載物識別子によって直接指定されてもよく、又は含意によって指定されてもよい。例えば、カメラ積載物は、サービス要求が宛先地１０５における画像データの要求である場合に、含意によって指定されてもよい。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、サービス要求ハンドラ４０３は、グローバルシステムオペレータ１０６からの入力を受け取り、サービス要求を満たすために使用される配送センタ１０１を決定する。
【０１２４】
サービス要求を満たすための配送センタ１０１及びＵＡＶ１０２が識別され、確保されると、サービス要求ハンドラ４０３は、サービス要求が処理中であることをサービス要求者１０４に通知することができる。サービス要求ハンドラ４０３は、推定任務完了時間を推定しサービス要求者１０４に送信することが可能となる情報を、配送センタ１０１及び／又はＵＡＶ１０２から受信してもよい。
【０１２５】
サービス要求ハンドラ４０３は、システムインターフェースマネージャ４０６を介してサービス要求者１０４と通信することができる。人間のサービス要求者１０４は、典型的には、携帯電話、タブレット、又はパーソナルコンピュータなどの何らかのリモートクライアントデバイスによって、サービス要求をグローバルサービス１０３に送信する。システムインターフェースマネージャ４０６は、クライアントデバイス上に表示されるように構成されたサービス要求者１０４によって操作されるクライアントデバイスに情報を送信することができる。例えば、一実施形態では、システムインターフェースマネージャ４０６はウェブサーバとして機能し、クライアントデバイスはウェブサーバに接続し、システムインターフェースマネージャ４０６からダウンロードされるウェブページを表示する。この例では、サービス要求者１０４は、表示されたウェブページを介してグローバルサービス１０３に情報を受信、送信することができる。別の実施形態では、システムインターフェースマネージャ４０６は、インターネット（表示状態転送、すなわち「ＲＥＳＴ」インターフェースなど）上にアプリケーションインターフェースを公開し、クライアントデバイス上で実行されているアプリケーションが、グローバルサービス１０３から受信した情報をサービス要求者１０４に表示し、サービス要求者１０４によって入力された情報をグローバルサービス１０３に返送するように構成されている。
【０１２６】
サービス要求ハンドラ４０３はまた、ＵＡＶ１０２がサービス要求を完了するための任務を遂行する経路を決定する際に、積極的な役割を果たすことができる。例えば、サービス要求ハンドラ４０３は、システムインターフェースマネージャ４０６を使用して、宛先地１０５の正確な場所をサービス要求者１０４に問い合わせることができ、サービス要求者１０４によって提供される情報は、サービス要求を満たす際にＵＡＶ１０２によって使用される飛行経路を改善するために使用されてもよい。
【０１２７】
上述のグローバルサービス１０３の構造及び機能は、一実施例に基づいてモジュールに分割されているが、様々なモジュールの機能は、図４に示されている構成要素よりも多い又は少ない構成要素があるように、併合されるか、又は更に分割されてもよい。例えば、空中地図及び地形マップデータベースを単一のデータストアに併合することが可能である。示されるサービスのうちのいくつかは、例えば、ＵＡＳ１００の外部に移動させることができ、例えば、航空管制システム４０５及びグローバルロジスティックマネージャ４０４を、アプリケーションプログラミングインターフェース（Application Programming Interface、ＡＰＩ）を介してアクセス可能な独立したサービスとしてＵＡＳ１００の外部で動作させてもよい。構造のこれらの変更及び他の変更は、システムの全体的なアーキテクチャを変更しないものであり、そのような変更を伴うシステムは、開示したシステムと同じ又は同様の様式で動作することができる。
【０１２８】
サービス要求ハンドラ４０３は、グローバルロジスティックマネージャ４０４を利用して、配送センタ１０１及びＵＡＶ１０２の選択に必要な情報を取得する。グローバルロジスティックマネージャ４０４は、各配送センタ１０１の各ローカルロジスティックシステム３０８内の在庫情報を追跡する。グローバルロジスティックマネージャ４０４は、任意の在庫アイテムの供給が、使い果たされた、いくつかの閾値量を下回っている、又はある閾値時間内で消耗すると予測されるとき、追加の在庫を地域の配送センタ１０１に積極的に送ってもよい。グローバルロジスティックマネージャ４０４はまた、配送センタ１０１で在庫不足の場合に、グローバルシステムオペレータ１０６に通知してもよい。グローバルシステムオペレータ１０６は、例えば、第三者の倉庫からアイテムを注文及び出荷するなど、新しい在庫アイテムを配送センタ１０１に送るために、ＵＡＳ１００の外部で行動をとることができる。
【０１２９】
一実施形態では、グローバルロジスティックマネージャ４０４は、ＵＡＶの不足を有する第２の配送センタ１０１に、余分なＵＡＶを有する第１の配送センタ１０１から、ＵＡＶ１０２を再配置する。この実施形態では、グローバルロジスティックマネージャ４０４は、毎日、毎月、又は毎年のサービス要求パターンを監視して、ある期間にわたって各配送センタ１０１における推定ＵＡＶ要件を決定してもよい。これらの推定ＵＡＶ要件に基づいて、グローバルロジスティックマネージャ４０４は、１つの配送センタ１０１から別の配送センタ１０１へのＵＡＶを事前に再配置することができる。ＵＡＶ１０２の再配置は、第三者輸送機を使用して行われてもよく、又は再配置は、配送センタ１０１に要求を送信して、他の配送センタ１０１に設定した宛先地１０５を用いて、ＵＡＶ１０２を発射することができる。最適化として、これらの再配置フライトは、サービス要求ボリュームが低い時間中、例えば、夜遅く又は休日中にスケジュールされてもよい。
【０１３０】
航空管制システム４０５は、ＵＡＳ１００によって提供される領域内で飛行することが知られているＵＡＶ１０２及び航空機の追跡に関与する。航空管制システム４０５は、配送センタ１０１、飛行中のＵＡＶ１０２、及び第三者航空交通情報プロバイダから情報を受信する。航空管制システム４０５によって受信される情報は、ＵＡＳ１００の領域における航空機の既知の位置、並びにシステムに登録された飛行経路を含む。配送センタ１０１及び／又はＵＡＶ１０２は、任務のための飛行経路を、航空管制システム４０５に登録してもよい。また、航空管制システム４０５は、第三者によって操作されるＵＡＶ及び航空機を、それらの飛行経路を登録することを可能にし得る。
【０１３１】
航空管制システム４０５は、任務飛行中のＵＡＶ１０２に、航空機及びＵＡＶの位置に関するリアルタイム情報の更新を提供する。この情報を使用して、ＵＡＶ１０２に搭載された任務計画部２００は、他の航空機との衝突を回避するために、それらの飛行経路を修正してもよい。航空管制システム４０５は、全ての航空機運行のために、安全な空域を維持するために、ＵＡＳ１００の外部で動作するＵＡＶ及び他の航空機に同様の情報更新を提供してもよい。
【０１３２】
また、航空管制システム４０５は、サービス要求ハンドラ４０３及びグローバルロジスティックマネージャ４０４にも情報を提供する。航空管制システム４０５からの情報は、サービス要求及びＵＡＶ１０２の再配置のための配送センタ１０１の選択に影響を与えるために使用されてもよい。例えば、サービス要求は、近傍の航空交通が過剰である配送センタ１０１から離れてルーティングされてもよく、ＵＡＶ再位置は、航空交通がその最も高い期間を回避するようにタイミングが取られてもよい。
【０１３３】
遠隔車両マネージャ４０７は、人間のオペレータの要求に応じて、ＵＡＶ１０２などの自律的車両を提供する。任務の過程で、ＵＡＶ１０２は、その任務計画部２００又は飛行制御部２０１が理解することができない、又は安全に取り扱うことができない状況に遭遇し得る。例えば、都市環境内の自律的車両は、そのような複雑な設定における経路決定及び対象物回避を取り扱うために必要なルーティング及びビジョンシステムを有しない場合がある。したがって、ＵＡＶ１０２などの自律的車両は、都市の外側の比較的単純かつ整然とした環境にある間は、そこに搭載されている任務計画部２００及び飛行制御部２０１の制御下で飛行してもよいが、都市に入ると、その後、人的支援を要求することができる。
【０１３４】
自動回収システム
図５Ａは、自動回収システム５００の一実施形態を示す。自動回収システム５００は、航空機の飛行を停止し、自動化された様式で航空機を回収するように設計されており、停止時及び回収時の航空機への応力（それによる航空機の構成要素の摩耗及び損傷）を最小化するように設計されている。
【０１３５】
図示された実施形態では、自動回収システム５００は、２つの捕捉ポール５１３、捕捉ポールを支持する基部構造体５１０、ポール間に延びる捕捉ライン５１４、及び着陸パッド５１２を備える。自動回収システム５００はまた、回収制御システムを備え、回収制御システムは、自動回収システム５００（及び／又はその構成要素又はサブシステム）に物理的及び／又は動作可能に連結され得る。基部構造体５１０は、捕捉ポール５１３（又は任意の他の好適なライン支持機構）、要するに捕捉ライン５１４を、地上から任意の好適な高さで支持してもよい。例えば、基底構造体５１０は、地上からの捕捉ライン５１４の最も高い位置が約５〜２００フィートであるようにサイズ決め及び構成されてもよいが、他の高さもまた可能である。
【０１３６】
捕捉ポール５１３は、捕捉ラインを支持し得るライン支持機構の一例である。本明細書に記載されるように、他のライン支持機構は、プーリ、ローラー、滑車、はと目、又は捕捉ラインを支持し、捕捉窓を通して捕捉ラインを移動させることができる他の機構を含んでもよい。垂直捕捉窓を通って（又は任意の他の経路に沿って）捕捉ラインを移動させるために、ライン支持機構は基部構造体５１０に対して移動してもよい。例えば、ライン支持機構は、基部構造体５１０に回転可能に連結され、回転モータを介して回転されてもよい。（捕捉ポール５１３に関して本明細書に記載されるように、類似の回転機構が他のタイプのライン支持機構に使用され得るが）。他の実施例では、ライン支持機構は、直線的に（例えば、垂直経路に沿って上方及び下方に）、又は垂直構成要素を含む別の経路に沿って移動するように構成されてもよい。このような場合、ライン支持機構は、リニアアクチュエータ、リニアモータ、油圧、空気圧、又は任意の他の好適なアクチュエータシステム若しくはモータと共に移動されてもよい。
【０１３７】
図５Ｂは、捕捉ポール５１３の近景を示す。各捕捉ポール５１３は、ベース支持構造体５１０に移動可能に連結され、図５Ｂに示される基部構造体５１０に対して捕捉ポール５１３を移動させる、ポール回転モータ５１６であるアクチュエータシステムに連結されている。回収制御システムは、捕捉ポール５１３を様々な位置へと回転させる、ポール回転モータ５１６（又は他の好適なアクチュエータシステム）にコマンドを発行することができ、これにより、本明細書に記載されるように捕捉ライン５１４を様々な位置に移動させる。アクチュエータシステム（例えば、ポール回転モータ５１６）は、捕捉ポール５１３（又は他の好適なライン支持機構）と同調して移動させるように構成されてもよい。例えば、捕捉ポール５１３は、捕捉ポール５１３の移動中でも、概ね平行な配置に維持されてもよい。他のタイプのライン支持機構が使用される場合、それらは、ライン支持機構の移動中であっても、地面に対して概ね同じ位置に維持され得る。
【０１３８】
自動回収システム５００はまた、航空機の回収中に捕捉ラインを伸長又は後退させるように構成された巻き取りシステム５０３を含む。巻き取りシステム５０３は、捕捉ラインが捕捉ライン巻き取りの周囲に巻かれたモータ駆動式捕捉ライン巻き取りを含んでもよい。例えば、図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、捕捉ライン５１４は、第１の捕捉ライン巻き取り５１５（図５Ｃ）から、捕捉ポール５１３に沿って捕捉ポールの先端まで上方に延び、他方の捕捉ポールの先端部まで広がり、その捕捉ポールに沿って別の捕捉ライン巻き取り５１５へと下方に入る。図５Ｃは、捕捉ラインモータ５１７に連結された捕捉ライン巻き取り５１５を示す巻き取りシステム５０３の一部の詳細図を示す。捕捉ライン巻き取り５１５は、捕捉ライン５１４を緩めるために捕捉ライン５１４を繰り出す、又は捕捉ライン５１４を捕捉ポール５１３にわたって締め付けるために巻き取ることができるように、捕捉ラインモータ５１７によっていずれかの方向に回転させることができる。回収制御システムは、捕捉ラインモータ５１７にコマンドを発行して、捕捉ライン５１４内に巻き取り又は繰り出しすることができる。巻き取りシステム５０３は、（例えば図５Ａに示されるように）ライン支持機構のそれぞれに関連した１つの捕捉ライン巻き取り及び１つの捕捉ラインモータなどの複数の巻き取り及びモータ含むことができる。
【０１３９】
図５Ｄは、捕捉ライン５１４及び捕捉ポール５１３の一実施形態を示す。この実施形態では、捕捉ライン５１４は、捕捉ポール５１３内に延びるラインチャネル５８１を通り、捕捉ライン巻き取り５１５から延びる。（図５Ｃ）この実施形態では、捕捉ポール５１３は、中空内部チャネル（管の全長又は部分長さを延在し得る）を有する中空の炭素繊維管であり、捕捉ライン５１４が通過し得る。別の実施形態では、捕捉ライン５１４は、捕捉ポール５１３の外側に（例えば、はと目、ガイド、プーリ、滑車などを介して）引き回すことができる。また、捕捉ポール５１３は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、ポリマーなどの任意の好適な材料又は材料の組み合わせから形成されてもよい。
【０１４０】
図５Ｅは、一実施形態による、自動回収システム５００の構成要素がどのように協働して航空機を回収するかを示す。この実施形態では、捕捉ポール５１３は、ＵＡＶ１０２の尾部フック２１６（又は他の係合部材）が捕捉ライン５１４と係合（又はフック）することができる捕捉ライン５１４の高さの位置へと、基部支持構造体５１０を中心に回転する。
【０１４１】
図５Ｆは、ＵＡＶ１０２が捕捉ラインによってどのように引っ掛かり、ＵＡＶ１０２の飛行を停止するかを示す、一連の画像を示す。このシーケンスでは、ｔ０は、ＵＡＶ１０２が、捕捉ポール５１３間に向かう経路で、自動回収システム５００に接近していることを示す。捕捉ライン５１４は、捕捉ライン５１４が捕捉ポール５１３間でほぼ直線に張るように、捕捉ライン巻き取り５１５の周りにきつく引き込まれる。ｔ１で、ＵＡＶ１０２は今や捕捉ポール５１３の間にあり、ＵＡＶの尾部フック２１６は、捕捉ライン５１４と交差するように、航空機の下方に張られている。ｔ２では、尾部フック２１６は捕捉ライン５１４と接触している。ｔ３では、捕捉ラインモータ５１７を作動させることによって、制御された様式で、捕捉ライン５１４が、捕捉ライン巻き取り５１５から繰り出される。ＵＡＶ１０２は、尾部フック２１６を介して捕捉ライン５１４に引っ掛けられているため、捕捉ライン５１４の繰り出しは、それを急かつ不快な停止の代わりに、制御された様式で航空機を減速させる。これにより、航空機への力が最小限に抑えられ、それによって、それに対する応力が低減される。
【０１４２】
ＵＡＶ１０２は捕捉ライン５１４によって停止されると、それは着陸パッド５１２上に垂直に落下する。図５Ｇは、１つの構成による着陸パッド５１２を示す。ＵＡＶ１０２が停止されると、航空機が着陸パッド上で休止できるように、捕捉ライン５１４が十分に繰り出しされる。この実施形態では、着陸パッド５１２は膨張式マットであるが、別の実施形態では、着陸パッドは、例えば、発泡体、わら、ゴムなどの任意の衝撃吸収性材料であってもよい。
【０１４３】
図５Ｈは、基部構造体５１０が、システムの他の構成要素を支持するのに十分な大きさである自動回収システム５００の代替的な実施形態を示す。この実施形態では、ＵＡＶ１０２が回収される地面に近接して降下する必要がないように、着陸パッド５１２及び捕捉ポール５１３は地表面の上方に上がっている。これにより、ＵＡＶ１０２の飛行軌道を、地上の人間及び建造物から可能な限り遠くに維持することによって、システム全体の安全性を改善する。
【０１４４】
捕捉ポール５１３の各側に１つずつある、図５Ｈに示される二重着陸パッド５１２により、システムは、システムのいずれの側の軌道で飛んでくる航空機も回収することができる。代替的な実施形態では、捕捉ポール５１３は回転可能な基部上に配置され、単一で円形の着陸パッドがその基部の全ての側面を取り囲むように配置され、その結果、捕捉ポール５１３を回転させて、航空機の進入軌道を捕らえることによって、任意の方向で回収することができる。
【０１４５】
図６Ａは、自動回収システム５００を使用して航空機を回収する方法の一実施形態を示す。一実施形態では、図示された方法は、回収制御システムによって指揮されてもよい。回収制御システムは、配送センタ管理システム３０４、自動回収システム５００への通信リンクを有する別個のコンピュータ制御システム、又は物理的に自動回収システム５００それ自体の一部であるコンピュータ制御システム内で実行されるソフトウェアモジュールであってもよい。
【０１４６】
ＵＡＶ１０２の回収は、ＵＡＳ１００によって（配送センタ１０１でオペレータによって）開始されてもよく、又はＵＡＶ１０２が、配送センタ１０１に接近し、任務マネージャ３０５へ回収要求の通信を送信することによって回収を開始してもよい。
【０１４７】
一実施形態では、ＵＡＶ１０２が回収される準備が整った時点で、ＵＡＶ１０２は、その尾部フック２１６が捕捉ライン５１４と交差するように、地面に対して十分に低くなる飛行軌道に入る。この軌道は、「回収軌道」と呼ばれる。図６Ａのプロセスは、ＵＡＶ１０２がその回収軌道になった時点で使用される。
【０１４８】
自動回収システム５００のプロセスの第１のステップは、到着するＵＡＶ１０２に対する予測される軌道の詳細を決定することである（６００）。具体的には、回収制御システムは、航空機が捕捉ポール５１３の間を飛行するときに、尾部フック２１６がどこにあるかを推定する必要がある。
【０１４９】
予測軌跡は、航空機の位置及び速度に基づいて決定することができる。航空機の加速度、周囲の風、及び他の要因もまた、より正確な軌道を決定するために使用されてもよいが、そのような精度は全ての場合には必要とされない場合がある。ＵＡＶ１０２の位置、速度、及び加速度は、いくつかの方法で決定することができる。第１に、ＵＡＶ１０２は、それ自体の飛行制御部２０１及びセンサシステム２０２を使用して、それ自体の位置、速度、及び加速度を判定することができ、この情報をその通信システム２０３を使用して送信することができる。この送信された情報は、回収制御システムによって直接受信されてもよく、又は通信ステーション３０７によって受信されてもよく、この通信ステーション３０７は、次に情報を回収制御システムに通信することができる。次いで、回収制御システムは、この情報を使用してＵＡＶ１０２の軌道を決定することができる。
【０１５０】
代替的な実施形態では、飛行制御部２０１は、ＵＡＶ１０２の軌道を直接決定することができ、回収制御システムが使用する軌道情報を直接送信してもよい。これは、自動回収システム５００へのそれ自体の接近を計画するために、ＵＡＶ１０２が既にこの軌道情報を決定しているようないくつかのケースでは、一番シンプルな解決策となる可能性がある。
【０１５１】
別の実施形態では、配送センタ管理システム３０４のセンサステーション３０６を、飛行中ＵＡＶ１０２を追跡するために使用することができ、また航空機の位置、速度、及び加速度を判定するために使用することができる。更に別の実施形態では、自動回収システム５００自体に付随する特別なセンサを使用して、地上での航空機の位置及び速度の高精度な推定値を提供することができる（例えば、ライダー、レーダー、又はカメラベースのビジョンシステムを使用できる）。次いで、これらの地上推定値を使用して、ＵＡＶ１０２の予測された軌道を判定することができる。
【０１５２】
ひとたび航空機軌道が決定されると（６００）、回収制御システムは、回収中にＵＡＶ１０２の尾部フック２１６が捕捉ライン５１４と交差するように必要な回収ポール位置を決定する（６０１）。
【０１５３】
捕捉ライン５１４と交差するために尾部フック２１６に必要とされる回収ポール位置は、予測される軌道が捕捉ポール５１３間を横切る予測される航空機の高度に基づいて決定される。回収ポール位置は、捕捉ポール５１３が回転しなければならない位置であり、捕捉ライン５１４は、航空機の捕捉のための正しい高さになる。自動回収システム５００が、回収ポールの回転位置を決定する代わりに、ポール以外のライン支持機構を使用する場合、システム５００は、使用される特定のライン支持機構に適合された異なる位置を決定してもよい。例えば、ライン支持機構が、リニアアクチュエータ又はリニアモータに取り付けられたプーリ又は他のガイドである場合、システム５００は、ライン支持機構の目標高さを決定してもよい。
【０１５４】
この回収ポール位置（又は他の目標位置）が決定されると（６０１）、捕捉ポール５１３（又は他のライン支持機構）が、条件の検出時にそれらの位置へと移動される（６０２）。場合によっては、予測される航空機軌道に基づいて条件を決定することができる。例えば、回収システム５００は、ＵＡＶ１０２の予測軌道に基づいて、捕捉ラインで尾部フックをうまく捕捉するために、捕捉ポール５１３（又は他のライン支持機構）が、目標時間に目標位置に到達するために動き始めるべき時間である「運動開始時間」を決定してもよい。回収システム５００にアクチュエータシステムを作動させて捕捉ポール５１３をそれらの目標位置に移動させる条件は、「運動開始時間」に到達したとの判定であり得る。場合によっては、回収システム５００にアクチュエータシステムを起動させて捕捉ポール５１３をそれらの目標位置に移動させる条件は、ＵＡＶ１０２が、捕捉ライン５１３を目標位置に移動すべきである、回収システム５００に対する場所にあることを示す、ＵＡＶ１０２からの信号（例えば、「運動開始」コマンド）を検出することである。
【０１５５】
回収制御システムは、回転コマンドをポール回転モータ５１６に送ることによって、又は任意の他の好適なアクチュエータ若しくはモータシステムに目標位置コマンドを送信することによって、捕捉ポール５１３（又は他の好適なライン支持機構）の移動を達成する（６０２）。捕捉ポール５１３は、ポール端部まで回転され、そこで捕捉ライン５１４が張られ、ＵＡＶ１０２の尾部フック２１６が引っ掛けられることができる高さになる。
【０１５６】
しかしながら、所定の回収ポール位置は、予測される軌道にＵＡＶ１０２が到着するときに静的に維持されなくてもよい。風及び他の条件により、ＵＡＶ１０２はその予測された軌道からそれる可能性がある。ＵＡＶ１０２の高さが変化するにつれて、捕捉ポール５１３（又は他のライン支持機構）は、上昇又は下降する必要があり得る。これは、まず、航空機軌道が変化したかどうかを判定し（６０３）、変化した場合、次に回収ポール位置を再び決定し（６０１）、必要に応じて捕捉ポール５１３を移動させることによって達成される（６０２）。
【０１５７】
航空機が回収された場合、プロセスは終了することができる。航空機がまだ回収されていない場合、プロセスは、航空機の軌道が変化したかを判定し（６０３）、必要に応じて捕捉ポール５１３を移動させる（６０２）。
【０１５８】
航空機軌道が変化していない場合、回収制御システムは、航空機尾部フック２１６が捕捉ライン５１４を引っ掛けたかどうかを判定する（６０４）。これは、ライン上の張力（例えば、力）を測定する捕捉ライン５１４に取り付けられたセンサを照会することにより、回収制御システムによって判定することができる。ライン張力が急激に増加して持続する場合、システムは、航空機が引っ掛けられたと判断する。一実施形態では、捕捉ラインモータ５１７は、捕捉ライン巻き取り５１５を回転させるだけでなく、捕捉ライン５１４内の張力が増加するにつれて捕捉ライン巻き取り５１５が回転に抵抗するので、捕捉ライン５１４上の張力も測定することができる。
【０１５９】
回収システムが、捕捉ライン５１４が航空機の尾部フック２１６によって引っ掛けられていると回収システムが判定した場合（６０４）、捕捉ライン５１４に一定の張力を維持するように捕捉ラインモータ５１７に命令して捕捉ライン５１４上の一定の張力を維持するか、又は捕捉ライン５１４上の張力がある閾値を超えないようにすることができる。ライン上で一定の張力を維持することにより、ＵＡＶ１０２が均一な様式で減速されることを確実にし、したがって、回収中の航空機にかかる力を最小限に抑える。ライン張力が閾値を超えることを防止することは、ＵＡＶ１０２が許容量を超える減速力を受けないことを確実にする方法である。
【０１６０】
捕捉ライン５１４の張力は、予測される軌道上のＵＡＶの速度に基づいて、捕捉ラインモータ５１７によって調節され得る。所与の航空機の速度及び重量に対して、捕捉ライン張力が低いほど、ＵＡＶ１０２が捕捉ラインを引っ掛けた後停止するまで、より長くかかる。ライン上の張力が高いほど、ＵＡＶ１０２はより早く停止する。
【０１６１】
航空機をより長い時間をかけて停止させることは、航空機が受ける力を低減するが、高張力時より低張力時のほうが、より多くのラインを繰り出さなければならないため、より長い着陸パッドを必要とする。着陸パッドは固定サイズであるため、進入する航空機がより速く、及び／又はより重い場合には、航空機がなお着陸パッド上に停止すように、ライン張力を増加させてもよい。同様に、より遅い及び／又はより軽い航空機を、より低いライン張力で回収することができる。
【０１６２】
同様の回収装置を使用し、代替的なプロセスを使用して、航空機を回収することもできる。このプロセスでは、航空機が捕捉ポール５１３を引っ掛ける瞬間に安定して保持する代わりに、捕捉ライン５１４が円弧状に動くようにポールが急速に回転し、運動中に尾部フック２１６と接触する。この方法の利点は、尾部フック２１６の位置に不確実性が存在する場合、捕捉ライン５１４の移動は、少なくとも何らかの動きの経路において、ラインがフックと接触することを確実にすることである。
【０１６３】
図６Ｂは概念を示す。ここで、ＵＡＶ１０２の位置の不確実性は、２つの航空機の表現、１０２ａ及び１０２ｂによって示される。この実施形態では、不確実性は、４ｍの捕捉窓として表され、その中に航空機の本当の位置が存在する。航空機が捕捉ラインの軌道と交差するとき、それは、捕捉窓内のどこかにある可能性があり、捕捉ラインの軌道は、実際に航空機がどこにあるかにかかわらず、尾部フックと接触するようなものでなければならない。
【０１６４】
捕捉ライン軌道の側面プロファイルを６１０に示す。これは、回収プロセス中の捕捉ライン５１４の運動経路の側面図である。この図では捕捉ポール５１３は、円弧の７時の位置で開始し、６時の位置を超えて回転し、次いで、５時から１時の位置までの円弧で捕捉窓を通って掃引する。
【０１６５】
６１１は、斜視図における同じ運動の３次元図を示す。捕捉ライン５１４が急速に移動するので、航空機が窓の底部と窓の頂部との間を通過する限り、尾部フック２１６は、ラインによって引っ掛けられる。捕捉ポールの回転の速度は、ＵＡＶ１０２の尾部が捕捉窓を通過するために要する時間内に、捕捉ライン５１４が、窓の底部と窓の頂部との間の経路全体を通過するような速度である。したがって、ＵＡＶ１０２が捕捉窓を通過する際のＵＡＶ１０２の実際の位置にかかわらず、捕捉ライン５１４は、その軌道内の一部の点で尾部フック２１６と交差することになる。
【０１６６】
図６Ｃは、自動回収システム５００を使用してこの様式で航空機を回収するための方法の一実施形態を示す。この方法では、まず、図６Ａで説明したものと同様の様式で、予測される航空機軌道を最初に決定する（６２０）。航空機の軌道が決定されると、回収制御システムは、航空機の尾部フックが捕捉窓といつ交差するか予測を決定する（６２１）。捕捉窓は、ライン支持機構（ここでは捕捉ポール５１３）が移動されるときにＵＡＶ１０２によって交差され得る捕捉ラインの軌道の部分である。図示される実施形態では、捕捉ラインの運動経路は、空間におけるラインの動きによって画定される３次元の円弧である。航空機の速度、加速度、及び位置を使用することにより、将来の様々な時点での航空機の動き及びその予測位置を決定することができ、これは、尾部フック２１６が捕捉窓と交差するように理想的に配置される時間を決定するために使用することができる。
【０１６７】
次いで、回収制御システムは、捕捉ライン５１４が尾部フック２１６と交差するような最適な運動開始時間を決定する（６２２）。尾部フック２１６と捕捉ライン５１４とが交差する可能性が最大であるときの捕捉ポール運動を開始する時間が、最適な時間である。
【０１６８】
回収制御システムは、予測された軌道を飛行するときに、引き続き航空機を監視し、軌道が変化したと判断した場合（６２３）、航空機が捕捉窓と交差するときの予測を再び決定する（６２１）。軌道が変化しない場合、回収制御システムは、ポール回転モータ５１６にコマンドを送信して、捕捉ポール５１３を正確な運動開始時間に移動させ（６２５）、これによって捕捉ポール５１３を急速に一緒に回転させ、捕捉ライン５１４を捕捉窓を通って移動させる。
【０１６９】
この移動により、捕捉ライン５１４は、尾部フック２１６を引っ掛けることになり、プロセスの残りは図６Ａに記載されるプロセスと同様である。すなわち、捕捉ライン５１４は、ライン張力を維持するために繰り出しされ、航空機は着陸パッド上に停止するなどである。
【０１７０】
場合によっては、航空機が着陸パッド（例えば、図５Ａの着陸パッド５１２）上に停止することを可能にする代わりに、回収システム５００は、航空機を捕捉ライン５１４に吊り下げながら、下向きにスイングし、地面の上方で休止させることを可能にする。そのような場合、航空機が落下した時地面に衝突しないように、回収制御システムは、巻き取りシステム５０３に捕捉ライン５１４を後退させてもよい（捕捉ライン５１４が繰り出し又は伸長されて、航空機の前方移動を止めた後）。更に、航空機（捕捉ライン５１４とまだ係合されているか、又は引っ掛けられている）が地面方向に落下するとき、回収制御システムは、アクチュエータシステムに、ライン支持機構を移動させてもよい。このようにして、巻き取りシステム５０３、捕捉ライン５１４及びライン支持機構（例えば、捕捉ポール５１３）は、航空機が地面の上に吊り下げられ休止するまで、円弧に沿ってガイドするように協働する。ひとたび航空機が休止すると、オペレータは、捕捉ライン５１４から航空機を手動で取り外すことができる（場合により、巻き取りシステム５０３が、地面から３フィート離れるなど、地面から適切な距離だけ離れた位置に航空機を位置決めするために、捕捉ライン５１４を更に伸長又は払い出した後）。
【０１７１】
図７は、上述のように、ＵＡＶ１０２が着陸パッドなしでどのように回収され得るかを示す一連の画像を示す。図７に示される回収システムは、捕捉ポール５１３が、図５Ａ〜図５Ｈに示される例示的なシステムよりも、地面の上で更に上がっているシステムに対応し得る。このシステムは、捕捉ポール５１３を最終的に支持する支持構造体の２つの支持部材の間にＵＡＶ１０２が休止することを可能にするために、回収システム下により大きなクリアランスを可能にし得る。
【０１７２】
このシーケンスでは、ｔ０は、ＵＡＶ１０２が、捕捉ポール５１３間に向かう経路で自動回収システム５００に接近していることを示す。捕捉ライン５１４は、捕捉ライン５１４が捕捉ポール５１３間でほぼ直線に張るように、捕捉ライン巻き取りの周りにきつく引き込まれる。ｔ１において、尾部フック２１６は捕捉ライン５１４と接触し、捕捉ライン５１４が繰り出しされているのでＵＡＶ１０２は減速し始める。ＵＡＶ１０２は、尾部フック２１６を介して捕捉ライン５１４に引っ掛けられているため、捕捉ライン５１４の繰り出しは、それを急かつ不快な停止の代わりに、制御された様式で航空機を減速させる。これにより、航空機への力が最小限に抑えられ、それによって、それに対する応力が低減される。
【０１７３】
ｔ２において、捕捉ライン５１４によってＵＡＶ１０２に付与される力と尾部フックを整列させ、ＵＡＶ１０２への望ましくない回転（例えばピッチング）力を低減するために、制御された様式で捕捉ラインモータ５１７を作動させることにより、捕捉ライン５１４が、捕捉ライン巻き取りから繰り出され、捕捉ポール５１３を下方に回転させてもよい。
【０１７４】
ｔ３において、ＵＡＶ１０２は、弧に沿って落下し、捕捉ライン５１４によって誘導され、地面の上方の停止状態に達し、捕捉ライン５１４によって懸架されている。上述のように、ＵＡＶ１０２が地面に衝突又は打ち付けられないことを保証するために、ＵＡＶ１０２が制御された弧に沿って落下するとき、捕捉ライン５１４は、特定の繰り出し長さに繰り出されていてもよい。
【０１７５】
前述の説明は、説明の目的で、記載された実施形態の完全な理解を提供するために特定の用語を使用した。しかしながら、記載された実施形態を実施するために、具体的な詳細が必要とされないことは当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に記載される特定の実施形態の前述の説明は、説明及び説明の目的のために提示される。これらは、網羅的であるか、又は開示される正確な形態に実施形態を限定することを目的としていない。上記の教示に鑑みて、多くの修正及び変形が可能であることが当業者には明らかであろう。例えば、本明細書に開示される方法又はプロセスは、特定の順序で実行される特定の動作を参照して説明及び示されてきたが、これらの動作は、本開示の教示から逸脱することなく、同等の方法又はプロセスを形成するために組み合わせる、細分化、又は再順序付けされてもよい。また、一実施形態に関して本明細書に記載される構造、特徴、構成要素、材料、工程、プロセスなどは、その実施形態から省略されてもよく、又は他の実施形態に組み込まれてもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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